電子部品用無鉛金属材料
【課題】耐酸化性に優れた無鉛金属材料であって、無鉛はんだならびに無鉛めっき材料として好適な電子部品用無鉛金属材料を提供する。
【解決手段】Ｔａを０．００５〜２．０重量％含有するＳｎ基合金からなることを特徴とする電子部品用無鉛金属材料、Ｔａを０．００５〜２．０重量％含有するＳｎ基合金からなる無鉛はんだ、およびＴａを０．００５〜２．０重量％含有するＳｎ基合金からなる無鉛めっき材料。無鉛はんだについてはさらにＺｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇから選ばれる添加元素、またさらにＣｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ，Ｓｂ、Ｇｅから選ばれる少なくとも１種の添加元素を含有する。また無鉛めっき材料は、Ｉｎの含有、さらにＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種の添加元素を含有する。
【解決手段】Ｔａを０．００５〜２．０重量％含有するＳｎ基合金からなることを特徴とする電子部品用無鉛金属材料、Ｔａを０．００５〜２．０重量％含有するＳｎ基合金からなる無鉛はんだ、およびＴａを０．００５〜２．０重量％含有するＳｎ基合金からなる無鉛めっき材料。無鉛はんだについてはさらにＺｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇから選ばれる添加元素、またさらにＣｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ，Ｓｂ、Ｇｅから選ばれる少なくとも１種の添加元素を含有する。また無鉛めっき材料は、Ｉｎの含有、さらにＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種の添加元素を含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品用無鉛金属材料に関する。さらに詳細には、本発明は、耐酸化性に優れた無鉛金属材料であって、例えば無鉛はんだならびに無鉛めっき材料として好適な電子部品用無鉛金属材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から環境問題に対する関心が高まりつつある中、産業廃棄物の廃棄量の増大が深刻な問題となっている。産業廃棄物に含まれる、例えば、電力制御計算機の基板、家電製品、パソコンなどには、はんだが使用されており、このはんだから鉛などの有害な重金属が流出することがある。例えば、鉛が流出すると、酸性雨などに作用して鉛を含んだ水溶液を生成し、その水溶液が地下水に侵入することがある。
【０００３】
国内では、１９９８年に家電リサイクル法が成立し、２００１年には家電製品について使用済み製品の回収が義務づけられている。欧州では、電気・電子製品廃棄物ＥＵ指令により、２００４年から鉛を特定物質の使用禁止が義務づけられている。このように、鉛の使用に関する法的規制が強化され、鉛フリーはんだの開発が急がれている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
はんだは、熱サイクル、機械的衝撃、機械的振動などを伴う厳しい環境下で使用される複数の要素部品を機械的かつ電気的に接続する重要な役割を担っており、鉛フリーはんだにおいても、従来用いられてきたＳｎ-Ｐｂはんだと同等の融点で、機械的性質やぬれ性に優れ、かつ、リボン状や糸状のはんだに成形できる塑性加工性に優れた無鉛はんだが要求されている。
【０００５】
しかし、従来の鉛フリーはんだでは、Ｓｎ-３７重量％Ｐｂはんだ（融点１８３℃）と同等の融点を得るため、Ｓｎ-Ｚｎ系、Ｓｎ-Ｂｉ系を採用したり、融点を下げるためＳｎ-Ｃｕ系、Ｓｎ-Ａｇ系、Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ系等にＩｎ、Ｂｉを多量添加したりすることが一般的である。例えば、Ｓｎ-９．０重量％Ｚｎ（融点１９９℃）、Ｓｎ-５８．０重量％Ｂｉ（融点１３８℃）、Ｓｎ-０．５重量％Ｃｕ-４．０重量％Ａｇ-８重量％Ｉｎ（融点２０８℃）が挙げられる。しかし、これらのはんだは、耐酸化性が十分でなく、そして脆性を引き起こす元素を多量に含有するために、機械的性質、塑性加工性等が低下し、はんだ接合強度、信頼性を十分に確保することが困難であった。また、これらの無鉛はんだは、塑性加工する際、脆性破壊等を起こやすいことから、押出し、圧延、線引き等が非常に困難であって、従ってリボン状、糸状の成形体がほとんど製造できず、用途が著しく制限されている。
【０００６】
また、鉛を含まないＳｎ基合金から形成されためっき層は、その表面が酸化されやすく、そして、めっき層の表面にウイスカが発生、成長することが知られている。特にめっき層中にＩｎが含まれている場合には、より酸化が顕著になり、めっき層の表面に応力が発生し、これがウイスカの形成を促進することがあった。ウイスカの発生および成長を抑制することは、電子部品の短絡防止のために重要になっている。
【非特許文献１】Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council on Waste Electrical and Electronic Equipment, Commission of the European Communities, Brussels,13.6.2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の無鉛金属材料は、上記のように耐酸化性が十分でないことから電子部品用無鉛金属材料、例えば無鉛はんだあるいは無鉛めっき材料としては必ずしも満足できるものではなかった。
【０００８】
例えば、従来の鉛フリーはんだは、耐酸化性が十分でなく、そして脆性を引き起こす元素を多量に含有するため、機械的性質、塑性加工性等が低下し、はんだ接合強度、信頼性を十分に確保することが困難である。また、これらの無鉛はんだは、塑性加工する際、脆性破壊等を起こし、押出し、圧延、線引き等が非常に困難であり、リボン状、糸状のはんだがほとんど製造できず、用途が著しく制限されている。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、耐酸化性、機械的性質、塑性加工性に優れ、はんだ接合強度や信頼性を十分に確保し、リボン状、糸状の成形品を製造できる無鉛はんだを提供するとともに、この無鉛はんだによって接合された信頼性の高いはんだ接合体ならびに電子部品を提供すること目的とする。
【００１０】
また、従来の鉛を含まないＳｎ基合金から形成されためっき層は、耐酸化性で十分でないことから、その表面が酸化されやすくて、めっき層の表面にウイスカが発生、成長することがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、本発明は、耐酸化性に優れた無鉛金属材料であって、無鉛はんだならびに無鉛めっき材料として好適な電子部品用無鉛金属材料を提供するものである。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明による電子部品用無鉛金属材料は、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなること、を特徴とするものである。
【００１３】
そして、本発明による無鉛はんだは、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなること、を特徴とするものである。
【００１４】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＺｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるもの、を包含する。
【００１５】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＢｉを０．１重量％以上、６０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００１６】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＩｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００１７】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＣｕを０．０１重量％以上、７．５重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００１８】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＡｇを０．０１重量％以上、５．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるなるもの、を包含する。
【００１９】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下、Ａｇを０．０１重量％以上、５．０重量％以下およびＣｕを０．０１重量％以上、７．５重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２０】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、ＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｙ）をさらに含有するＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２１】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、前記のＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる添加元素（Ｙ）の含有量が、Ｉｎについては１０重量％を越えず、Ｂｉについては６０重量％を越えないＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２２】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｘ）をさらに含有するＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２３】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、前記のＣｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる添加元素（Ｘ）の含有量が各々０．５重量％を超えず、かつ、前記の添加元素（Ｘ）を複数種含有する場合にはそれらの合計の含有量が１．０重量％を超えないＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２４】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、クリーム状、リボン状、糸状またはロッド状の形状を有するもの、を包含する。
【００２５】
また、本発明によるはんだ接合体は、前記の無鉛はんだによって接合されたこと、を特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明による電子部品は、前記の無鉛はんだによって接合されたこと、を特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明による無鉛めっき材料は、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなること、を特徴とするものである。
【００２８】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、Ｔａを０．１重量％以上、１．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２９】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、Ｔａを０．１重量％以上、１．０重量％以下およびＩｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００３０】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、Ａｇ、ＣｕおよびＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｚ）をさらに含有するＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００３１】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、６０℃−９３％ＲＨの環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの中央値（メジアン）が２０μｍ以上、５０μｍ以下であるめっき層を形成するもの、を包含する。
【００３２】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、６０℃−９３％ＲＨの環境下に１０００時間曝したときのめっき層表面の酸化量（ＣＰＳ）が７０以下であるめっき層を形成するもの、を包含する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明による電子部品用無鉛金属材料は、耐酸化性に優れた無鉛金属材料であって、例えば無鉛はんだならびに無鉛めっき材料として好適なものである。
【００３４】
特に、本発明による無鉛はんだは、耐酸化性に優れたものであって、例えば押出し、圧延、線引き等の塑性加工が極めて容易にかつ良好に行えるものであり、更に、はんだとして用いられた場合において、はんだとして求められる諸特性、例えば機械的特性、ぬれ性等が優れたものである。よって、本発明によれば、耐酸化性、機械的性質、塑性加工性に優れ、はんだ接合強度や信頼性を十分に確保し、リボン状、糸状はんだに塑性加工できる無鉛はんだを提供することができる。
【００３５】
本発明による無鉛はんだは、実質的に融点の上昇を伴わずに、ぬれ性が向上したものであることから、接合対象物の熱による劣化を有効に防止しつつ、はんだ接合強度および信頼性を著しく向上させることができる。よって、本発明によれば、優れた接合強度および信頼性を有するはんだ接合物、好ましくは、各種の電子素子、例えばＬＥＤ発光素子、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）、実装基板等、が接合された電子部品を得ることができる。
【００３６】
そして、本発明による無鉛めっき材料は、耐酸化性に優れたものであって、耐酸化性が良好なめっき層を形成することができるものである。このような本発明による耐酸化性が良好な無鉛めっき層は、ウイスカの発生および成長が極めて少なくて、従来の無鉛めっき層に比べて著しくその発生および成長が抑制されたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
＜無鉛はんだ＞
本発明による無鉛はんだは、Ｔａ（タンタル）を０．００５重量％以上、かつ、２．０重量％以下含有するＳｎ（錫）基合金からなるものである。ここで、無鉛はんだとは、一般にＰｂ（鉛）含有量１０００ｐｐｍ以下とされている。
【００３８】
このようなＴａを所定量含む本発明による無鉛はんだは、（イ）Ｓｎ-Ｔａ系のもの、（ロ）Ｓｎ-Ｚｎ-Ｔａ系のもの、（ハ）Ｓｎ-Ｂｉ-Ｔａ系のもの、（ニ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ｔａ系のもの、（ホ）Ｓｎ-Ａｇ-Ｔａ系のもの、（ヘ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ-Ｔａ系のもの、に類別することができる。
【００３９】
本発明による無鉛はんだは、上記（イ）〜（ヘ）のいずれに類別されるものであっても、Ｔａを必須成分として、０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有していることが肝要である。
【００４０】
このＴａは、主として、はんだのぬれ性向上とはんだ接合部の機械的性質向上のために重要な成分である。このＴａ添加元素は、Ｓｎ又はＳｎ合金の溶融状態において、表面張力を減少させ、被はんだ部材とのぬれ性を向上させる。また、Ｓｎ又はＳｎ合金の凝固過程で、Ｓｎ−Ｔａ金属間化合物が核生成し、結晶組織の微細化に寄与する。Ｔａが０．００５重量％未満である場合には、十分な凝固組織の微細化効果が得られるものの、表面張力低減によるぬれ性向上効果を発揮できないためである。一方、２．０重量％超過では、優れたぬれ性を発揮するものの、冷却条件によって、粗大なＳｎ−Ｔａ金属間化合物を形成し、はんだ強度を低下させることがある。本発明による無鉛はんだにおけるＴａ含有量は、０．０５〜１．０重量％の範囲が好ましく、特に、０．１〜０．５重量％の範囲がぬれ性と機械的性質のバランスが最も良く、はんだ性能を最大限に発揮することができる。
【００４１】
（イ）のＳｎ-Ｔａ系の本発明による無鉛はんだは、Ｓｎと、上記の所定量のＴａと、必要に応じて添加される各種の添加元素（詳細後記）ならびに不可避不純物とからなる。Ｓｎ-Ｔａ系の本発明による無鉛はんだは、少量のＴａを含有することにより、純Ｓｎの融点の２３２℃を変えずに、この融点の領域において、優れたぬれ性と機械的性質を兼備することができる。
【００４２】
Ｓｎ−９重量％Ｚｎの共晶組成が最も融点が低く（融点：１９８℃）、低融点無鉛はんだとして一般に使われているが、Ｚｎの含有量が多いため、粗大な共晶組織を形成し易く、十分なはんだ強度と信頼性が得られないという課題がある。本発明の（ロ）のＳｎ-Ｚｎ-Ｔａ系の無鉛はんだは、特に上記の課題を解決するため最も威力を発揮する。すなわち、Ｔａを含有することによって、表面張力が低減し、Ｓｎ−Ｚｎの共晶組織が著しく微細化し、かつ、均一になるため、機械的性質が向上し、特に、脆性が著しく改善され、凝固時のクラックの発生が抑制される。このメカニズムは、９重量％Ｚｎを超えるＳｎ−Ｚｎ過共晶組成および９重量％Ｚｎ未満の亜共晶組成においても顕著な効果を発揮し、特に、組成を制限するべきのものではない。
【００４３】
（ハ）のＳｎ-Ｂｉ-Ｔａ系の本発明による無鉛はんだは、上記（ロ）のＳｎ-Ｚｎ-Ｔａ系の本発明の無鉛はんだと類似し、低融点無鉛はんだとして、Ｓｎ−５７重量％Ｂｉの共晶組成（融点：１３９℃）が一般に用いられている。Ｂｉの一部がＳｎ中に固溶するものの、大部分がＢｉ単体として共晶組織を形成し、冷却条件によって、粗大化する。このような粗大な共晶組織の存在は、はんだ部の脆性破壊を引き起こす主因である。はんだ強度と信頼性を確保しなければならない場合では、Ｂｉ含有量を５重量％以下に抑える必要があり、特に、０．１重量％〜１．０重量％の範囲が好ましい。
【００４４】
（ニ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ｔａ系または（ホ）Ｓｎ-Ａｇ-Ｔａ系（ヘ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ-Ｔａ系の本発明による無鉛はんだにおいても、上記の本発明のＳｎ-Ｚｎ-Ｔａ系、Ｓｎ-Ｂｉ-Ｔａ系無鉛はんだと共通なＴａ含有効果を呈する。一般にＳｎ−０．５〜０．７５重量％Ｃｕの共晶組成付近、Ｓｎ−０．５〜０．７５重量％Ｃｕ−３．０〜３．５重量％Ａｇの３元の共晶組成付近が用いられているが、はんだ融点（液相線温度）を上げるため、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕの共晶組成より遥かに多い７．５重量％Ｃｕを超える過共晶組成、又は、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕの共晶組成より遥かに少ない０．５重量％Ｃｕ未満の亜共晶組成も用いられる。このようにＳｎ−Ｃｕ系無鉛はんだの全組成において、Ｔａの含有効果が変わらず、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ系無鉛はんだも同様である。
【００４５】
上記（イ）〜（ヘ）の本発明による無鉛はんだは、必要に応じて、各種の添加元素を用いることが出来ることは前記した通りである。そのような添加元素の好ましい具体例としては、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｘ）を例示することができる。このような添加元素（Ｘ）の使用によって、溶融無鉛はんだの表面張力を減少させ、ぬれ性を向上させる。例えば、特願２００４−６５８５８には、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄを添加することによって、表面張力が減少することが記載されている。
【００４６】
本発明の無鉛はんだの添加元素のＣｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅの添加量はいずれも０．００５重量％以上、０．５重量％以下が好ましい。上記の添加量が０．００５重量％未満では十分な表面張力低減を確保できず、添加量が０．５重量％を超えると冷却条件によって粗大な金属間化合物を形成し易く、機械的性質が悪くなる場合がある。また、前記添加元素（Ｘ）を複数種含有する場合において、それらの合計量は１．０重量％を超えないこと、特に、０．７重量％を超えないことが好ましい。
【００４７】
本発明による無鉛はんだが、（ニ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ｔａ系、（ホ）Ｓｎ-Ａｇ-Ｔａ系、または（ヘ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ-Ｔａ系のものである場合には、必要に応じて、上記の添加元素（Ｘ）以外の他の添加元素を用いることができる。そのような他の添加元素の好ましい具体例としては、ＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｙ）を例示することができる。なお、この添加元素（Ｙ）を用いた本発明による無鉛はんだには、添加元素（Ｘ）が存在していても、存在していなくてもよい。また、本発明による無鉛はんだには、本発明の効果が得られるならば上記添加元素（Ｘ）および添加元素（Ｙ）以外の他の添加元素が存在していてもよい。
【００４８】
Ｉｎ（インジウム）は、主として、無鉛はんだの融点を下げるために有効な成分であって、適用される電子部品の許容の温度範囲と材料コストのバランスを考慮して適宜に規定されるものである。一般に、耐酸化性の観点から１０．０重量％以下にすること、特に５．０重量％以下を添加することが好ましい。
【００４９】
Ｂｉ（ビスマス）は、主として、無鉛はんだの融点を下げるために有効な成分であって、特に、組成を制限するべきのものではないが、前記したように、はんだ強度と信頼性を確保しなければならない場合では、Ｂｉ含有量を５重量％以下に抑える必要があり、特に、０．１重量％〜１．０重量％の範囲が好ましい。また、Ｉｎと複数種含有する場合において、特に、Ｂｉの含有量は、０．１重量％〜１．０重量％の範囲が好ましい。
【００５０】
上記の本発明による無鉛はんだ（イ）〜（へ）、ならびに必要に応じて添加元素（Ｘ）および添加元素（Ｙ）を含有する本発明による無鉛はんだは、例えば押出し、圧延、線引きなどの塑性加工が極めて容易にかつ良好に行えるものであって、更にはんだとして用いられた場合において、はんだとして求められる諸特性、例えば、接合強度、機械的特性、ぬれ性等が特に優れたものである。
【００５１】
従って、本発明によれば、優れた接合強度および信頼性を有するはんだ接合物、好ましくは、各種の電子素子、例えばＬＥＤ発光素子、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）、実装基板等、が接合された電子部品を得ることができる。
【００５２】
本発明による無鉛はんだは、特に限定されることなく任意の方法によって製造することができる。例えば、目的とする組成の無鉛はんだが得られるように、必須成分であるＳｎおよびＴａと、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇと、任意成分である添加元素（Ｘ）または添加元素（Ｙ）と、場合によりその他の成分とを、各成分の融点以上の温度にて溶融混練した後、冷却することによって製造することができる。特に、目的とする無鉛はんだを構成する所要量以下のＳｎと、上記の必須成分および（または）任意成分の一種または二種以上とを予め合金化しておき、その後、この合金化物（予備合金化物）と、目的とする無鉛はんだが得られるようにＳｎ所要量の残量と、必須成分および（または）任意成分の残量とを合金化して、本発明による無鉛はんだを調製することが好ましい。このようにすることによって、Ｓｎと上記各金属成分とが均一かつ緊密に分散したはんだを得ることが容易になる。無鉛はんだの酸化による特性劣化を防止するために、無鉛はんだおよびその構成成分は、不活性雰囲気中、例えば窒素、アルゴン、ヘリウム等のガス雰囲気中で、取り扱うことが好ましい。
【００５３】
なお、本発明による無鉛はんだは、その組成や具体的な製造条件、その他の条件等に応じ、室温において固体状であるものとペースト状であるものとがある。
【００５４】
上記のように製造された本発明による無鉛はんだは、例えば押出し、圧延、線引きなどの塑性加工が極めて容易にかつ良好に行えるものであって、更にはんだとして用いられる場合において、はんだとして求められる諸特性、例えば、接合強度、機械的特性、ぬれ性等が優れたものである。
【００５５】
本発明による無鉛はんだのぬれ性は、ＪＩＳ Ｚ３１９８−３において規定されるぬれ広がり率（％）が、（イ）Ｓｎ-Ｔａ系では７５〜８０％、（ロ）Ｓｎ-Ｚｎ-Ｔａ系では６０〜７０％、（ハ）Ｓｎ-Ｂｉ‐Ｔａ系では８０〜９０％、（ニ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ｔａ系では７０〜８５％、（ホ）Ｓｎ-Ｔａ-Ａｇ系では７５〜８５％、（ヘ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ-Ｔａ系では７５〜８５％、のものである。Ｔａを含まない以外は同様である上記各系のはんだに比べて、それぞれ１５％以上ぬれ性（広がり率）の向上が観察される。
【００５６】
また、無鉛はんだのぬれ性は、基板上に所定厚さのはんだ層を設置し、これを空気雰囲気中で当該はんだの融点以上の温度に加熱して、その溶融はんだから形成されたはんだ膜の状態を目視により観察することによって、評価することもできる。
【００５７】
図１は、本発明によるはんだとしてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．０５Ｔａからなる縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ１５０μｍのリボンはんだを用い、フラックスを塗布した無酸素Ｃｕ板（１）上に設置し、温度２５０℃にて加熱処理し、溶融後凝固したリボンはんだ（２）の状態を示す図である。図２は、上記の本発明のはんだの代わりにＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを用いた以外は上記と同様に行った場合を、図３は、上記の本発明のはんだの代わりに、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎを用いた以外は上記と同様に行った場合を、それぞれ示すものである。
【００５８】
これらの図から明らかなように、本発明によるはんだ無鉛はんだは、ぬれ性が良好なものであって、基板上にほぼ均一な厚さのはんだ膜を形成することができる。これに対し、他のはんだは、ぬれ性が十分でないことから、溶融時にはんだの一部が基板からはじかれてしまい、均一なはんだ膜が形成されずに、はんだ非着部３が生じたり、はんだ膜の過度の盛り上がり部４が生じる。かつ、はんだ膜の輪郭が不鮮明である。このようにぬれ性が不良であるはんだでは、十分なはんだ接合強度を得ることができず、また意図しない領域にはんだが漏出してしまう危険性が高くなる。よって、このようなはんだは、特に高精度のはんだ接合品質が要求される利用分野、例えば高精密な電子素子の接合ないし配線用はんだ、としては適していない。
【００５９】
また、はんだのぬれ性は、はんだの溶融状態における表面張力を滴下法にて測定することによって評価することも可能である。滴下法とは、液体を円形の管口から滴下させる場合において、しずく状のはんだの重量がその表面張力に打ち勝って落下する性質を利用した表面張力の測定法である。
【００６０】
図４は、本発明によるはんだとしてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．０５Ｔａからなる溶融状態のはんだを、直径０．７ｍｍの円形の管口から徐々に流出させ、滴下直前の滴状のはんだの形状を示すものである。図５は、上記のはんだの代わりにＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを用いた場合の形状を、図６は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎを用いた場合の形状を、それぞれ示すものである。各図において、滴状のはんだが落下した直前の水平方向の最大直径ｄｅと滴状はんだの先端からの距離ｄｅの位置における水平方向の直径ｄｓとの関係から下記のように溶融はんだの表面張力γを算出した。
γ ＝ ｇ・ρ・（ｄｅ）２ ／ Ｈ
（ここで、γは表面張力を、ｇは重力定数を、ｄｅは最大直径を、Ｈは補正項（Ｈ＝ｄｓ／ｄｅ）を、示す）
【００６１】
上記の式から導き出されるように、ｄｓが大きいときほど表面張力が低くなる。表面張力が低いはんだ程、ぬれ性が良好なはんだと捉えることができる。
【００６２】
図４に示される本発明のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．１Ｔａはんだの表面張力は、０．４０〜０．４２Ｎ／ｍ、
図５に示される従来はんだのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの表面張力は、０．３８〜０．４０Ｎ／ｍ、
図６に示される従来はんだのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−の表面張力は、０．４３〜０．４６Ｎ／ｍである。
【００６３】
上記の結果から、従来のはんだＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕに４Ｉｎを含有すると表面張力が上昇し、０．１Ｔａを含有すると表面張力が減少し、ぬれ性が良好であることが判る。
【００６４】
そして、本発明による無鉛はんだは、優れた耐酸化性を有するものであることから、酸化に基づく各種の特性劣化が高度に抑制されたものであり、かつはんだ酸化物から主として構成される所謂ドロスの発生が極めて少ないないものである。例えば、本発明による無鉛はんだによれば、Ｔａを含まない無鉛はんだに比べて、ドロスの発生量が約１／５程度以下に抑制される。
【００６５】
＜無鉛はんだ成形体の製造方法＞
本発明による無鉛はんだは、成形体とすることができる。そのような無鉛はんだ成形体は製造方法は、前記の本発明による無鉛はんだを、溶解、鋳造してインゴットを形成させるインゴット鋳造工程と、このインゴットを塑性加工して成形体を得る塑性加工工程とを具備すること、を特徴とする。
【００６６】
一般に、従来の無鉛はんだは、塑性加工が難しかったり、組成可能できたとしてもはんだとして十分な機械的特性やぬれ性等を得ることが困難であったが、本発明による無鉛はんだは、塑性加工が極めて容易にかつ良好に行えるとともに、そのような塑性加工を経た後においても、はんだとして好ましい良好な機械的特性、ぬれ性、はんだ接合強度等を有するものである。
【００６７】
本発明による無鉛はんだ成形体の製造方法によれば、はんだとして好ましい特性を有する、所望の形態および大きさのはんだ成形体を容易に得ることができる。本発明によれば、従来の一般的な無鉛はんだを用いた場合には得ることが難しかった形状、例えば、リボン状、糸状またはロッド状の形状を有する無鉛はんだ成形体を得ることができる。
【００６８】
本発明によるリボン状の無鉛はんだ成形体の好ましい具体例には、厚さが５０〜５００μｍ、特に１００〜１５０μｍ、のものが包含される。本発明による糸状の無鉛はんだ成形体の好ましい具体例には、糸径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ、特に０．２ｍｍ〜０．５ｍｍのものが包含される。本発明によるロッド状の無鉛はんだ成形体の形状、寸法は特に制限するべきものではないが、鋳造されるロッド状の無鉛はんだ成形体の化学成分の偏析を極力に低減させるため、冷却速度が１℃／秒以上が好ましい。また、鋳造されたインゴットを押出し、圧延などの塑性加工の工程を経て、均一な組織を有するロッド状の無鉛はんだ成形体、若しくは、溶融した無鉛はんだの溶湯を直接圧延し、ロッド状の無鉛はんだ成形体を成形するものが包含される。
【００６９】
このような本発明による無鉛はんだ成形体は、特に各種の電子素子、例えばＬＥＤ発光素子、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）および実装基板などがはんだ接合用のはんだ成形体として特に適したものである。
【００７０】
そして、本発明による無鉛はんだおよび無鉛はんだ成形体は、従来のＰｂ含有のＳｎはんだと同程度の融点を有するものであって、かつ従来と同等またはそれ以上の優れたはんだ接合強度および信頼性が得られるものである。
【００７１】
＜無鉛めっき材料＞
本発明による無鉛めっき材料は、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなるものである。ここで、無鉛めっき材料とは、一般にＰｂ（鉛）含有量１０００ｐｐｍ以下とされている。
【００７２】
このようなＴａを所定量含む本発明による無鉛めっき材料は、必要に応じて、Ｉｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有することができる。そして、さらに必要に応じて、Ａｇ、ＣｕおよびＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｚ）をさらに含有することができる。
【００７３】
このＴａは、主として、めっき材料の耐酸化性向上のために重要な成分であり、そしてウイスカの発生および成長を抑制するために重要な成分である。Ｔａが０．００５重量％未満である場合には、ウイスカの発生および成長を抑制効果が十分でなく、比較的早期にウイスカが観察されるようになり、そしてウイスカの成長速度およびウイスカの長さが過大となってしまうので、本発明の目的を達成することができない。一方、Ｔａの量が２．０重量％超過しても、ウイスカ抑制効果は実施的に向上することはなく、かえって融点の上昇を招くので低温度での処理に適さなくなる。特に好ましいＴａ含有量は、０．１重量％以上、１．０重量％以下である。
【００７４】
Ｉｎは、主として、無鉛めっき材料の融点を下げるために有効な成分であって、適用される基材や、処理および（または）使用環境の温度範囲と材料コストのバランス等を考慮して適宜定めることができる。Ｉｎを用いる場合、その量は０．１重量％以上が好ましいが、耐酸化性の観点から１０．０重量％以下、特に５．０重量％以下を添加することが好ましい。
【００７５】
Ａｇは、主として、機械的強度を向上させるために有効な成分である。Ａｇを用いる場合、その量は、好ましくは０．５重量％以上、６．０重量％以下、特に好ましくは１．０重量％以上、４．０重量％以下、である。
【００７６】
Ｃｕは、主として、融点を低下させるために有効な成分である。Ａｇを用いる場合、その量は、好ましくは０．５重量％以上、６．０重量％以下、特に好ましくは１．０重量％以上、４．０重量％以下、である。
【００７７】
Ｚｎは、主として、融点を低下させるために有効な成分である。その量は、好ましくは７重量％以上、９重量％以下、特に好ましくは８重量％以上、９重量％以下、である。
【００７８】
上記の所定量のＴａを含むＳｎ基合金からなる本発明による無鉛めっき材料、およびＩｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ等の添加元素を上記範囲で更に含む本発明による無鉛めっき材料は、特に耐酸化性が良好なめっき層を形成することができるものである。例えば、６０℃−９３％ＲＨの恒温恒湿環境下に環境下に１０００時間曝したときのめっき層表面の酸化量（ＣＰＳ）が７０以下、特に好ましくは５０以下、であるめっき層を形成することができる。
【００７９】
そして、長期間放置されたとしても、ウイスカの発生頻度が少なく、かつウイスカが発生したとしてもその成長速度が極めて遅い、無鉛めっき層を形成できるものである。例えば、６０℃−９３％ＲＨの恒温恒湿環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの中央値（メジアン）が２０μｍ以上、５０μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以上、３０μｍ以下、であるめっき層を形成することができるものである。そして、例えば６０℃−９３％ＲＨの恒温恒湿環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの平均値が１５μｍ以上、２０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以上、１０μｍ以下、であるめっき層を形成することができるものである。
【００８０】
ここで、酸化量（ＣＰＳ）は表面状態や分析条件に基づくものであって、具体的には、電子線マイクロアナライザーの分析によって求められたものである。そして、ウイスカの長さの中央値（メジアン）とは、ウイスカの長さを、電子顕微鏡にて測定し、その測定値を大きさの順に並べたとき、その中央に当たる値を意味する。
【００８１】
本発明による無鉛めっき材料は、上記の通りに、ウイスカの発生頻度が少なく、かつウイスカが発生したとしてもその成長速度が極めて遅いという点において、従来の無鉛めっき材料と区別できるものであるが、本発明による無鉛めっき材料は、さらに、ウイスカの長さのバラツキが少なくて、ウイスカの長さの最大値と最小値との差が少ないという点においても、従来の無鉛めっき材料と明確に区別できるものである。例えば、６０℃−９３％ＲＨの恒温恒湿環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの最小値と最大値の差が、５μｍ以上、４０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以上、３０μｍ以下、であり、ウイスカの長さの分布を箱ひげ図（Ｂｏｘ Ｐｌｏｔ）により示したとき、第１四分位にあたるウイスカの長さと第３四分位にあたるウイスカの長さの差が ２０μｍ以上、３０μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ以上、２０μｍ以下、であるめっき層を形成できるものである。
【００８２】
本発明による無鉛めっき材料は、例えば電気めっき、化学めっき、溶融めっき等の方法によってめっき層を形成することができる。この中では、電子部品の製造に特に適しておりかつ従来から広く行われきた化学めっき法が特に好ましい。
【００８３】
そして、本発明によるめっき材料が適用されるめっき処理対象、即ち、本発明による無鉛めっき材料によってめっき層を形成させる対象は、上記のめっき方法、好ましくは化学めっき法、が採用可能なものならば任意である。好ましいものとしては、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉの金属基材を挙げることができる。
【００８４】
そして、上記の金属基材には、必要に応じ、本発明による無鉛めっき材料によって無鉛めっき層を形成させる前に、必要に応じて、下地めっき層を形成しておくことができる。そのような下地めっき層として好ましいものは、本発明による無鉛めっき材料からなるめっき層との付着強度が高く、そして電気的特性ないし機械的特性が近似したもの、例えばＳｎ基合金からなる金属表面を有する基材、特に好ましくは、Ｓｎ基合金からなる無鉛めっき材料によって形成されためっき層が下地層として形成された基材、を挙げることができる。
【００８５】
通常、表層めっき層には、高度の耐酸化性が必要であるのに対し、下地めっき層にはそれと同等以上の耐酸化性までは通常必要でない。このことから、本発明による無鉛めっき材料によって表層めっき層を形成する際には、下地めっき層は従来の一般的なＳｎ基合金からなる無鉛めっき材料を用いて形成することができる。なお、下地めっき層は、本発明によるＳｎ基合金からなる無鉛めっき材料を用いて形成することもできる。
【００８６】
めっき処理対象上に直接的にあるいは下地めっき層を上に形成された、本発明による無鉛めっき材料によるめっき層は、必要に応じて、リフロー処理に付すことができる。このリフロー処理によって、ウイスカの発生および成長をさらに抑制することができる。特に好ましいリフロー処理としては、下記を挙げることができる。
【００８７】
リフロー炉中の温度は２２０℃〜２４０℃であり、時間は５分以上を目安とする。
下地めっき層としてＳｎ基合金からなる無鉛めっき層が形成されている場合には、このリフロー処理によって、下地層と本発明による無鉛めっき材料によって表面層との両層の少なくとも一部分が溶融して、両層の密着性が向上することがある。リフロー処理を加圧下に行う場合、両層の密着性向上がさらに促進することができる。
【実施例】
【００８８】
＜実施例１＞
Ｓｎ-９．０重量％Ｚｎ-０．１重量％Ｔａからなる無鉛はんだを溶融し、直径１００ｍｍ、長さ３００ｍｍのビレットを鋳造した。次に、ビレットを押出して、厚さ１０ｍｍ、幅７０ｍｍの棒材を作製した。次に、棒材を圧延して、厚さ１００μｍ、幅７０ｍｍのリボンを作成した。
【００８９】
次に、図７に示すように、厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ６０ｍｍの銅板１００の表面にフラックスを塗布した後、厚さ１００μｍ、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリボンはんだ１０２を設置した。次に、Ｃｕメタライジングされた厚さ０．５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍのＳｉＮ基板１０２をリボンはんだ１０１の上部に設置し、窒素ガス雰囲気中において、２３０℃の温度で４５秒間加熱して、リフローした。得られた接合体を−２５℃〜１２５℃の熱サイクルを行なった。２０００サイクルの熱サイクル試験後、接合体を超音波探傷試験で観測した結果、クラックや剥離の発生が認められなかった。
【００９０】
＜実施例２＞
Ｓｎ-０．５重量％Ｃｕ-２．５重量％Ａｇ-４．０重量％Ｉｎ-０．１％重量Ｔａ-０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだを溶融し、直径１００ｍｍ、長さ３００ｍｍのビレットを鋳造した。次に、ビレットを押出して、厚さ１０ｍｍ、幅７０ｍｍの棒材を作製した。次に、棒材を圧延して、厚さ１００μｍ、幅７０ｍｍのリボンを作成した。
次に、図７に示すように、厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ６０ｍｍの銅板１００の表面にフラックスを塗布した後、厚さ１００μｍ、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリボンはんだ１０２を設置した。次に、Ｃｕメタライジングされた厚さ０．５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍのＳｉＮ基板１０２をリボンはんだ１０１の上部に設置し、窒素ガス雰囲気中において、２５０℃の温度で４５秒間加熱して、リフローした。得られた接合体を−２５℃〜１２５℃の熱サイクルを行なった。４０００サイクルの熱サイクル試験後、接合体を超音波探傷試験で観測した結果、クラックや剥離の発生が認められなかった。
【００９１】
＜比較例１＞
Ｓｎ-９．０重量％Ｚｎからなる無鉛はんだを溶融し、直径１００ｍｍ、長さ３００ｍｍのビレットを鋳造した。次に、ビレットを厚さ１０ｍｍ、幅７０ｍｍの形材に押出しを行った。しかし、形材のエッジ部に押出し方向と垂直な方向に多数クラックが発生した。押出し材を圧延し、厚さ１００μｍ、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリボンはんだを切断し、供試材とした。
【００９２】
次に、実施例１と同様に、厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ６０ｍｍの銅板１００の表面にフラックスを塗布した後、厚さ１００μｍ、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリボンはんだ１０２を設置した。次に、Ｃｕメタライジングされた厚さ０．５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍのＳｉＮ基板１０２をリボンはんだ１０１の上部に設置し、窒素ガス雰囲気中において、２３０℃の温度で４５秒間加熱して、リフローした。得られた接合体を−２５℃〜１２５℃の熱サイクルを行なった。７５０サイクルの熱サイクル試験後、接合体を超音波探傷試験で観測した結果、接合体の４つ角から多数クラックの発生が観察された。
【００９３】
＜実施例３および比較例２＞
Ｔａを０．１重量％含有するＳｎ基合金からなる本発明の無鉛めっき材料（実施例３）と、Ｔａを実質的に含まないＳｎ基合金からなる無鉛めっき材料（比較例２）とを用意した。
【００９４】
上記の２種類の無鉛めっき材料（実施例３および比較例２）を、それぞれ４２アロイ合金からなる基材表面に施して、その基材表面にめっき層を形成した。
【００９５】
これらを６０℃−９３％の恒温恒湿漕内に放置し、１０００時間経過後の表面状態を観察し、表面に発生したウイスカの長さおよび太さを測定した。そして、各めっき層の表面の酸化量を電子線マイクロアナライザーによって測定した。
【００９６】
図８および図９は、ウイスカの長さ、太さ、およびそれらの分布状態を示す箱ひげ図（Ｂｏｘ Ｐｌｏｔ）であり、図１０は、めっき層の表面の酸化量を示す箱ひげ図（Ｂｏｘ Ｐｌｏｔ）である。
【表１】
【００９７】
図８から明らかなように、本発明の無鉛めっき材料（実施例３）によれば、比較例３に比べてウイスカの長さが短くなっている。ウイスカの形状も、図９に示されるように、実施例３の方が比較例３よりも太いことから明らかなに異なっている、一般に、長さが長いウイスカは細く、長さが短いウイスカは太い傾向にあるが、この傾向も本発明で同様であることが確認された。そして、図１０に示されるように、本発明の無鉛めっき材料（実施例３）によって形成されためっき層は、比較例３のめっき層に比べて、酸化量が少ないものとなっている。
【００９８】
図８〜図１０から明らかなように、本発明の無鉛めっき材料（実施例３）では、比較例３に比べて、めっき層の耐酸化性が向上し、ウイスカの発生および成長が抑制されている。
【００９９】
＜実施例４〜７＞
Ｔａ含有量を、０．５重量％、１．０重量％、１．５重量％、２．０重量％含有するＳｎ基合金からなる本発明の無鉛めっき材料（実施例４〜７）を用意した。
【０１００】
上記の４種類の無鉛めっき材料（実施例４〜７）を、それぞれ４２アロイ合金からなる基材表面に施して、その基材表面にめっき層を形成した。
【０１０１】
これらを６０℃−９３％の恒温恒湿漕内に放置し、１０００時間経過後の表面状態を観察し、表面のウイスカの長さを測定した。図１１は、ウイスカの長さの分布状態を示す箱ひげ図（Ｂｏｘ Ｐｌｏｔ）である。
【表２】
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．０５Ｔａ系はんだの溶融物によって、基板上に形成された薄膜の状態を示す写真。
【図２】Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだによって、基板上に形成された薄膜の状態を示す写真。
【図３】Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ系はんだによって、基板上に形成された薄膜の状態を示す写真。
【図４】本発明のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．０５Ｔａ系はんだの表面張力を滴下法によって評価する際に形成された滴の形状を示す図面。
【図５】Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだの表面張力を滴下法によって評価する際に形成された滴の形状を示す図。
【図６】Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ系はんだの表面張力を滴下法によって評価する際に形成された滴の形状を示す図。
【図７】実施例１および２において行われた「熱サイクル試験」の概要を示す図。
【図８】実施例３と比較例４において形成されたウイスカの長さを示す図
【図９】実施例３と比較例４において形成されたウイスカの太さを示す図
【図１０】実施例３と比較例４において形成されためっき層の酸化量を示す図
【図１１】実施例４〜７において形成されたウイスカの長さを示す図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品用無鉛金属材料に関する。さらに詳細には、本発明は、耐酸化性に優れた無鉛金属材料であって、例えば無鉛はんだならびに無鉛めっき材料として好適な電子部品用無鉛金属材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から環境問題に対する関心が高まりつつある中、産業廃棄物の廃棄量の増大が深刻な問題となっている。産業廃棄物に含まれる、例えば、電力制御計算機の基板、家電製品、パソコンなどには、はんだが使用されており、このはんだから鉛などの有害な重金属が流出することがある。例えば、鉛が流出すると、酸性雨などに作用して鉛を含んだ水溶液を生成し、その水溶液が地下水に侵入することがある。
【０００３】
国内では、１９９８年に家電リサイクル法が成立し、２００１年には家電製品について使用済み製品の回収が義務づけられている。欧州では、電気・電子製品廃棄物ＥＵ指令により、２００４年から鉛を特定物質の使用禁止が義務づけられている。このように、鉛の使用に関する法的規制が強化され、鉛フリーはんだの開発が急がれている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
はんだは、熱サイクル、機械的衝撃、機械的振動などを伴う厳しい環境下で使用される複数の要素部品を機械的かつ電気的に接続する重要な役割を担っており、鉛フリーはんだにおいても、従来用いられてきたＳｎ-Ｐｂはんだと同等の融点で、機械的性質やぬれ性に優れ、かつ、リボン状や糸状のはんだに成形できる塑性加工性に優れた無鉛はんだが要求されている。
【０００５】
しかし、従来の鉛フリーはんだでは、Ｓｎ-３７重量％Ｐｂはんだ（融点１８３℃）と同等の融点を得るため、Ｓｎ-Ｚｎ系、Ｓｎ-Ｂｉ系を採用したり、融点を下げるためＳｎ-Ｃｕ系、Ｓｎ-Ａｇ系、Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ系等にＩｎ、Ｂｉを多量添加したりすることが一般的である。例えば、Ｓｎ-９．０重量％Ｚｎ（融点１９９℃）、Ｓｎ-５８．０重量％Ｂｉ（融点１３８℃）、Ｓｎ-０．５重量％Ｃｕ-４．０重量％Ａｇ-８重量％Ｉｎ（融点２０８℃）が挙げられる。しかし、これらのはんだは、耐酸化性が十分でなく、そして脆性を引き起こす元素を多量に含有するために、機械的性質、塑性加工性等が低下し、はんだ接合強度、信頼性を十分に確保することが困難であった。また、これらの無鉛はんだは、塑性加工する際、脆性破壊等を起こやすいことから、押出し、圧延、線引き等が非常に困難であって、従ってリボン状、糸状の成形体がほとんど製造できず、用途が著しく制限されている。
【０００６】
また、鉛を含まないＳｎ基合金から形成されためっき層は、その表面が酸化されやすく、そして、めっき層の表面にウイスカが発生、成長することが知られている。特にめっき層中にＩｎが含まれている場合には、より酸化が顕著になり、めっき層の表面に応力が発生し、これがウイスカの形成を促進することがあった。ウイスカの発生および成長を抑制することは、電子部品の短絡防止のために重要になっている。
【非特許文献１】Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council on Waste Electrical and Electronic Equipment, Commission of the European Communities, Brussels,13.6.2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の無鉛金属材料は、上記のように耐酸化性が十分でないことから電子部品用無鉛金属材料、例えば無鉛はんだあるいは無鉛めっき材料としては必ずしも満足できるものではなかった。
【０００８】
例えば、従来の鉛フリーはんだは、耐酸化性が十分でなく、そして脆性を引き起こす元素を多量に含有するため、機械的性質、塑性加工性等が低下し、はんだ接合強度、信頼性を十分に確保することが困難である。また、これらの無鉛はんだは、塑性加工する際、脆性破壊等を起こし、押出し、圧延、線引き等が非常に困難であり、リボン状、糸状のはんだがほとんど製造できず、用途が著しく制限されている。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、耐酸化性、機械的性質、塑性加工性に優れ、はんだ接合強度や信頼性を十分に確保し、リボン状、糸状の成形品を製造できる無鉛はんだを提供するとともに、この無鉛はんだによって接合された信頼性の高いはんだ接合体ならびに電子部品を提供すること目的とする。
【００１０】
また、従来の鉛を含まないＳｎ基合金から形成されためっき層は、耐酸化性で十分でないことから、その表面が酸化されやすくて、めっき層の表面にウイスカが発生、成長することがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、本発明は、耐酸化性に優れた無鉛金属材料であって、無鉛はんだならびに無鉛めっき材料として好適な電子部品用無鉛金属材料を提供するものである。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明による電子部品用無鉛金属材料は、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなること、を特徴とするものである。
【００１３】
そして、本発明による無鉛はんだは、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなること、を特徴とするものである。
【００１４】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＺｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるもの、を包含する。
【００１５】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＢｉを０．１重量％以上、６０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００１６】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＩｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００１７】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＣｕを０．０１重量％以上、７．５重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００１８】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＡｇを０．０１重量％以上、５．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるなるもの、を包含する。
【００１９】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下、Ａｇを０．０１重量％以上、５．０重量％以下およびＣｕを０．０１重量％以上、７．５重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２０】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、ＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｙ）をさらに含有するＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２１】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、前記のＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる添加元素（Ｙ）の含有量が、Ｉｎについては１０重量％を越えず、Ｂｉについては６０重量％を越えないＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２２】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｘ）をさらに含有するＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２３】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、前記のＣｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる添加元素（Ｘ）の含有量が各々０．５重量％を超えず、かつ、前記の添加元素（Ｘ）を複数種含有する場合にはそれらの合計の含有量が１．０重量％を超えないＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２４】
このような本発明による無鉛はんだは、好ましい態様として、クリーム状、リボン状、糸状またはロッド状の形状を有するもの、を包含する。
【００２５】
また、本発明によるはんだ接合体は、前記の無鉛はんだによって接合されたこと、を特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明による電子部品は、前記の無鉛はんだによって接合されたこと、を特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明による無鉛めっき材料は、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなること、を特徴とするものである。
【００２８】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、Ｔａを０．１重量％以上、１．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００２９】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、Ｔａを０．１重量％以上、１．０重量％以下およびＩｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００３０】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、Ａｇ、ＣｕおよびＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｚ）をさらに含有するＳｎ基合金からなるもの、を包含する。
【００３１】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、６０℃−９３％ＲＨの環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの中央値（メジアン）が２０μｍ以上、５０μｍ以下であるめっき層を形成するもの、を包含する。
【００３２】
このような本発明による無鉛めっき材料は、好ましい態様として、６０℃−９３％ＲＨの環境下に１０００時間曝したときのめっき層表面の酸化量（ＣＰＳ）が７０以下であるめっき層を形成するもの、を包含する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明による電子部品用無鉛金属材料は、耐酸化性に優れた無鉛金属材料であって、例えば無鉛はんだならびに無鉛めっき材料として好適なものである。
【００３４】
特に、本発明による無鉛はんだは、耐酸化性に優れたものであって、例えば押出し、圧延、線引き等の塑性加工が極めて容易にかつ良好に行えるものであり、更に、はんだとして用いられた場合において、はんだとして求められる諸特性、例えば機械的特性、ぬれ性等が優れたものである。よって、本発明によれば、耐酸化性、機械的性質、塑性加工性に優れ、はんだ接合強度や信頼性を十分に確保し、リボン状、糸状はんだに塑性加工できる無鉛はんだを提供することができる。
【００３５】
本発明による無鉛はんだは、実質的に融点の上昇を伴わずに、ぬれ性が向上したものであることから、接合対象物の熱による劣化を有効に防止しつつ、はんだ接合強度および信頼性を著しく向上させることができる。よって、本発明によれば、優れた接合強度および信頼性を有するはんだ接合物、好ましくは、各種の電子素子、例えばＬＥＤ発光素子、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）、実装基板等、が接合された電子部品を得ることができる。
【００３６】
そして、本発明による無鉛めっき材料は、耐酸化性に優れたものであって、耐酸化性が良好なめっき層を形成することができるものである。このような本発明による耐酸化性が良好な無鉛めっき層は、ウイスカの発生および成長が極めて少なくて、従来の無鉛めっき層に比べて著しくその発生および成長が抑制されたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
＜無鉛はんだ＞
本発明による無鉛はんだは、Ｔａ（タンタル）を０．００５重量％以上、かつ、２．０重量％以下含有するＳｎ（錫）基合金からなるものである。ここで、無鉛はんだとは、一般にＰｂ（鉛）含有量１０００ｐｐｍ以下とされている。
【００３８】
このようなＴａを所定量含む本発明による無鉛はんだは、（イ）Ｓｎ-Ｔａ系のもの、（ロ）Ｓｎ-Ｚｎ-Ｔａ系のもの、（ハ）Ｓｎ-Ｂｉ-Ｔａ系のもの、（ニ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ｔａ系のもの、（ホ）Ｓｎ-Ａｇ-Ｔａ系のもの、（ヘ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ-Ｔａ系のもの、に類別することができる。
【００３９】
本発明による無鉛はんだは、上記（イ）〜（ヘ）のいずれに類別されるものであっても、Ｔａを必須成分として、０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有していることが肝要である。
【００４０】
このＴａは、主として、はんだのぬれ性向上とはんだ接合部の機械的性質向上のために重要な成分である。このＴａ添加元素は、Ｓｎ又はＳｎ合金の溶融状態において、表面張力を減少させ、被はんだ部材とのぬれ性を向上させる。また、Ｓｎ又はＳｎ合金の凝固過程で、Ｓｎ−Ｔａ金属間化合物が核生成し、結晶組織の微細化に寄与する。Ｔａが０．００５重量％未満である場合には、十分な凝固組織の微細化効果が得られるものの、表面張力低減によるぬれ性向上効果を発揮できないためである。一方、２．０重量％超過では、優れたぬれ性を発揮するものの、冷却条件によって、粗大なＳｎ−Ｔａ金属間化合物を形成し、はんだ強度を低下させることがある。本発明による無鉛はんだにおけるＴａ含有量は、０．０５〜１．０重量％の範囲が好ましく、特に、０．１〜０．５重量％の範囲がぬれ性と機械的性質のバランスが最も良く、はんだ性能を最大限に発揮することができる。
【００４１】
（イ）のＳｎ-Ｔａ系の本発明による無鉛はんだは、Ｓｎと、上記の所定量のＴａと、必要に応じて添加される各種の添加元素（詳細後記）ならびに不可避不純物とからなる。Ｓｎ-Ｔａ系の本発明による無鉛はんだは、少量のＴａを含有することにより、純Ｓｎの融点の２３２℃を変えずに、この融点の領域において、優れたぬれ性と機械的性質を兼備することができる。
【００４２】
Ｓｎ−９重量％Ｚｎの共晶組成が最も融点が低く（融点：１９８℃）、低融点無鉛はんだとして一般に使われているが、Ｚｎの含有量が多いため、粗大な共晶組織を形成し易く、十分なはんだ強度と信頼性が得られないという課題がある。本発明の（ロ）のＳｎ-Ｚｎ-Ｔａ系の無鉛はんだは、特に上記の課題を解決するため最も威力を発揮する。すなわち、Ｔａを含有することによって、表面張力が低減し、Ｓｎ−Ｚｎの共晶組織が著しく微細化し、かつ、均一になるため、機械的性質が向上し、特に、脆性が著しく改善され、凝固時のクラックの発生が抑制される。このメカニズムは、９重量％Ｚｎを超えるＳｎ−Ｚｎ過共晶組成および９重量％Ｚｎ未満の亜共晶組成においても顕著な効果を発揮し、特に、組成を制限するべきのものではない。
【００４３】
（ハ）のＳｎ-Ｂｉ-Ｔａ系の本発明による無鉛はんだは、上記（ロ）のＳｎ-Ｚｎ-Ｔａ系の本発明の無鉛はんだと類似し、低融点無鉛はんだとして、Ｓｎ−５７重量％Ｂｉの共晶組成（融点：１３９℃）が一般に用いられている。Ｂｉの一部がＳｎ中に固溶するものの、大部分がＢｉ単体として共晶組織を形成し、冷却条件によって、粗大化する。このような粗大な共晶組織の存在は、はんだ部の脆性破壊を引き起こす主因である。はんだ強度と信頼性を確保しなければならない場合では、Ｂｉ含有量を５重量％以下に抑える必要があり、特に、０．１重量％〜１．０重量％の範囲が好ましい。
【００４４】
（ニ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ｔａ系または（ホ）Ｓｎ-Ａｇ-Ｔａ系（ヘ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ-Ｔａ系の本発明による無鉛はんだにおいても、上記の本発明のＳｎ-Ｚｎ-Ｔａ系、Ｓｎ-Ｂｉ-Ｔａ系無鉛はんだと共通なＴａ含有効果を呈する。一般にＳｎ−０．５〜０．７５重量％Ｃｕの共晶組成付近、Ｓｎ−０．５〜０．７５重量％Ｃｕ−３．０〜３．５重量％Ａｇの３元の共晶組成付近が用いられているが、はんだ融点（液相線温度）を上げるため、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕの共晶組成より遥かに多い７．５重量％Ｃｕを超える過共晶組成、又は、Ｓｎ−０．７重量％Ｃｕの共晶組成より遥かに少ない０．５重量％Ｃｕ未満の亜共晶組成も用いられる。このようにＳｎ−Ｃｕ系無鉛はんだの全組成において、Ｔａの含有効果が変わらず、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ系無鉛はんだも同様である。
【００４５】
上記（イ）〜（ヘ）の本発明による無鉛はんだは、必要に応じて、各種の添加元素を用いることが出来ることは前記した通りである。そのような添加元素の好ましい具体例としては、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｘ）を例示することができる。このような添加元素（Ｘ）の使用によって、溶融無鉛はんだの表面張力を減少させ、ぬれ性を向上させる。例えば、特願２００４−６５８５８には、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄを添加することによって、表面張力が減少することが記載されている。
【００４６】
本発明の無鉛はんだの添加元素のＣｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅの添加量はいずれも０．００５重量％以上、０．５重量％以下が好ましい。上記の添加量が０．００５重量％未満では十分な表面張力低減を確保できず、添加量が０．５重量％を超えると冷却条件によって粗大な金属間化合物を形成し易く、機械的性質が悪くなる場合がある。また、前記添加元素（Ｘ）を複数種含有する場合において、それらの合計量は１．０重量％を超えないこと、特に、０．７重量％を超えないことが好ましい。
【００４７】
本発明による無鉛はんだが、（ニ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ｔａ系、（ホ）Ｓｎ-Ａｇ-Ｔａ系、または（ヘ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ-Ｔａ系のものである場合には、必要に応じて、上記の添加元素（Ｘ）以外の他の添加元素を用いることができる。そのような他の添加元素の好ましい具体例としては、ＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｙ）を例示することができる。なお、この添加元素（Ｙ）を用いた本発明による無鉛はんだには、添加元素（Ｘ）が存在していても、存在していなくてもよい。また、本発明による無鉛はんだには、本発明の効果が得られるならば上記添加元素（Ｘ）および添加元素（Ｙ）以外の他の添加元素が存在していてもよい。
【００４８】
Ｉｎ（インジウム）は、主として、無鉛はんだの融点を下げるために有効な成分であって、適用される電子部品の許容の温度範囲と材料コストのバランスを考慮して適宜に規定されるものである。一般に、耐酸化性の観点から１０．０重量％以下にすること、特に５．０重量％以下を添加することが好ましい。
【００４９】
Ｂｉ（ビスマス）は、主として、無鉛はんだの融点を下げるために有効な成分であって、特に、組成を制限するべきのものではないが、前記したように、はんだ強度と信頼性を確保しなければならない場合では、Ｂｉ含有量を５重量％以下に抑える必要があり、特に、０．１重量％〜１．０重量％の範囲が好ましい。また、Ｉｎと複数種含有する場合において、特に、Ｂｉの含有量は、０．１重量％〜１．０重量％の範囲が好ましい。
【００５０】
上記の本発明による無鉛はんだ（イ）〜（へ）、ならびに必要に応じて添加元素（Ｘ）および添加元素（Ｙ）を含有する本発明による無鉛はんだは、例えば押出し、圧延、線引きなどの塑性加工が極めて容易にかつ良好に行えるものであって、更にはんだとして用いられた場合において、はんだとして求められる諸特性、例えば、接合強度、機械的特性、ぬれ性等が特に優れたものである。
【００５１】
従って、本発明によれば、優れた接合強度および信頼性を有するはんだ接合物、好ましくは、各種の電子素子、例えばＬＥＤ発光素子、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）、実装基板等、が接合された電子部品を得ることができる。
【００５２】
本発明による無鉛はんだは、特に限定されることなく任意の方法によって製造することができる。例えば、目的とする組成の無鉛はんだが得られるように、必須成分であるＳｎおよびＴａと、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇと、任意成分である添加元素（Ｘ）または添加元素（Ｙ）と、場合によりその他の成分とを、各成分の融点以上の温度にて溶融混練した後、冷却することによって製造することができる。特に、目的とする無鉛はんだを構成する所要量以下のＳｎと、上記の必須成分および（または）任意成分の一種または二種以上とを予め合金化しておき、その後、この合金化物（予備合金化物）と、目的とする無鉛はんだが得られるようにＳｎ所要量の残量と、必須成分および（または）任意成分の残量とを合金化して、本発明による無鉛はんだを調製することが好ましい。このようにすることによって、Ｓｎと上記各金属成分とが均一かつ緊密に分散したはんだを得ることが容易になる。無鉛はんだの酸化による特性劣化を防止するために、無鉛はんだおよびその構成成分は、不活性雰囲気中、例えば窒素、アルゴン、ヘリウム等のガス雰囲気中で、取り扱うことが好ましい。
【００５３】
なお、本発明による無鉛はんだは、その組成や具体的な製造条件、その他の条件等に応じ、室温において固体状であるものとペースト状であるものとがある。
【００５４】
上記のように製造された本発明による無鉛はんだは、例えば押出し、圧延、線引きなどの塑性加工が極めて容易にかつ良好に行えるものであって、更にはんだとして用いられる場合において、はんだとして求められる諸特性、例えば、接合強度、機械的特性、ぬれ性等が優れたものである。
【００５５】
本発明による無鉛はんだのぬれ性は、ＪＩＳ Ｚ３１９８−３において規定されるぬれ広がり率（％）が、（イ）Ｓｎ-Ｔａ系では７５〜８０％、（ロ）Ｓｎ-Ｚｎ-Ｔａ系では６０〜７０％、（ハ）Ｓｎ-Ｂｉ‐Ｔａ系では８０〜９０％、（ニ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ｔａ系では７０〜８５％、（ホ）Ｓｎ-Ｔａ-Ａｇ系では７５〜８５％、（ヘ）Ｓｎ-Ｃｕ-Ａｇ-Ｔａ系では７５〜８５％、のものである。Ｔａを含まない以外は同様である上記各系のはんだに比べて、それぞれ１５％以上ぬれ性（広がり率）の向上が観察される。
【００５６】
また、無鉛はんだのぬれ性は、基板上に所定厚さのはんだ層を設置し、これを空気雰囲気中で当該はんだの融点以上の温度に加熱して、その溶融はんだから形成されたはんだ膜の状態を目視により観察することによって、評価することもできる。
【００５７】
図１は、本発明によるはんだとしてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．０５Ｔａからなる縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ１５０μｍのリボンはんだを用い、フラックスを塗布した無酸素Ｃｕ板（１）上に設置し、温度２５０℃にて加熱処理し、溶融後凝固したリボンはんだ（２）の状態を示す図である。図２は、上記の本発明のはんだの代わりにＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを用いた以外は上記と同様に行った場合を、図３は、上記の本発明のはんだの代わりに、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎを用いた以外は上記と同様に行った場合を、それぞれ示すものである。
【００５８】
これらの図から明らかなように、本発明によるはんだ無鉛はんだは、ぬれ性が良好なものであって、基板上にほぼ均一な厚さのはんだ膜を形成することができる。これに対し、他のはんだは、ぬれ性が十分でないことから、溶融時にはんだの一部が基板からはじかれてしまい、均一なはんだ膜が形成されずに、はんだ非着部３が生じたり、はんだ膜の過度の盛り上がり部４が生じる。かつ、はんだ膜の輪郭が不鮮明である。このようにぬれ性が不良であるはんだでは、十分なはんだ接合強度を得ることができず、また意図しない領域にはんだが漏出してしまう危険性が高くなる。よって、このようなはんだは、特に高精度のはんだ接合品質が要求される利用分野、例えば高精密な電子素子の接合ないし配線用はんだ、としては適していない。
【００５９】
また、はんだのぬれ性は、はんだの溶融状態における表面張力を滴下法にて測定することによって評価することも可能である。滴下法とは、液体を円形の管口から滴下させる場合において、しずく状のはんだの重量がその表面張力に打ち勝って落下する性質を利用した表面張力の測定法である。
【００６０】
図４は、本発明によるはんだとしてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．０５Ｔａからなる溶融状態のはんだを、直径０．７ｍｍの円形の管口から徐々に流出させ、滴下直前の滴状のはんだの形状を示すものである。図５は、上記のはんだの代わりにＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを用いた場合の形状を、図６は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎを用いた場合の形状を、それぞれ示すものである。各図において、滴状のはんだが落下した直前の水平方向の最大直径ｄｅと滴状はんだの先端からの距離ｄｅの位置における水平方向の直径ｄｓとの関係から下記のように溶融はんだの表面張力γを算出した。
γ ＝ ｇ・ρ・（ｄｅ）２ ／ Ｈ
（ここで、γは表面張力を、ｇは重力定数を、ｄｅは最大直径を、Ｈは補正項（Ｈ＝ｄｓ／ｄｅ）を、示す）
【００６１】
上記の式から導き出されるように、ｄｓが大きいときほど表面張力が低くなる。表面張力が低いはんだ程、ぬれ性が良好なはんだと捉えることができる。
【００６２】
図４に示される本発明のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．１Ｔａはんだの表面張力は、０．４０〜０．４２Ｎ／ｍ、
図５に示される従来はんだのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの表面張力は、０．３８〜０．４０Ｎ／ｍ、
図６に示される従来はんだのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−の表面張力は、０．４３〜０．４６Ｎ／ｍである。
【００６３】
上記の結果から、従来のはんだＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕに４Ｉｎを含有すると表面張力が上昇し、０．１Ｔａを含有すると表面張力が減少し、ぬれ性が良好であることが判る。
【００６４】
そして、本発明による無鉛はんだは、優れた耐酸化性を有するものであることから、酸化に基づく各種の特性劣化が高度に抑制されたものであり、かつはんだ酸化物から主として構成される所謂ドロスの発生が極めて少ないないものである。例えば、本発明による無鉛はんだによれば、Ｔａを含まない無鉛はんだに比べて、ドロスの発生量が約１／５程度以下に抑制される。
【００６５】
＜無鉛はんだ成形体の製造方法＞
本発明による無鉛はんだは、成形体とすることができる。そのような無鉛はんだ成形体は製造方法は、前記の本発明による無鉛はんだを、溶解、鋳造してインゴットを形成させるインゴット鋳造工程と、このインゴットを塑性加工して成形体を得る塑性加工工程とを具備すること、を特徴とする。
【００６６】
一般に、従来の無鉛はんだは、塑性加工が難しかったり、組成可能できたとしてもはんだとして十分な機械的特性やぬれ性等を得ることが困難であったが、本発明による無鉛はんだは、塑性加工が極めて容易にかつ良好に行えるとともに、そのような塑性加工を経た後においても、はんだとして好ましい良好な機械的特性、ぬれ性、はんだ接合強度等を有するものである。
【００６７】
本発明による無鉛はんだ成形体の製造方法によれば、はんだとして好ましい特性を有する、所望の形態および大きさのはんだ成形体を容易に得ることができる。本発明によれば、従来の一般的な無鉛はんだを用いた場合には得ることが難しかった形状、例えば、リボン状、糸状またはロッド状の形状を有する無鉛はんだ成形体を得ることができる。
【００６８】
本発明によるリボン状の無鉛はんだ成形体の好ましい具体例には、厚さが５０〜５００μｍ、特に１００〜１５０μｍ、のものが包含される。本発明による糸状の無鉛はんだ成形体の好ましい具体例には、糸径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ、特に０．２ｍｍ〜０．５ｍｍのものが包含される。本発明によるロッド状の無鉛はんだ成形体の形状、寸法は特に制限するべきものではないが、鋳造されるロッド状の無鉛はんだ成形体の化学成分の偏析を極力に低減させるため、冷却速度が１℃／秒以上が好ましい。また、鋳造されたインゴットを押出し、圧延などの塑性加工の工程を経て、均一な組織を有するロッド状の無鉛はんだ成形体、若しくは、溶融した無鉛はんだの溶湯を直接圧延し、ロッド状の無鉛はんだ成形体を成形するものが包含される。
【００６９】
このような本発明による無鉛はんだ成形体は、特に各種の電子素子、例えばＬＥＤ発光素子、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）および実装基板などがはんだ接合用のはんだ成形体として特に適したものである。
【００７０】
そして、本発明による無鉛はんだおよび無鉛はんだ成形体は、従来のＰｂ含有のＳｎはんだと同程度の融点を有するものであって、かつ従来と同等またはそれ以上の優れたはんだ接合強度および信頼性が得られるものである。
【００７１】
＜無鉛めっき材料＞
本発明による無鉛めっき材料は、Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなるものである。ここで、無鉛めっき材料とは、一般にＰｂ（鉛）含有量１０００ｐｐｍ以下とされている。
【００７２】
このようなＴａを所定量含む本発明による無鉛めっき材料は、必要に応じて、Ｉｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有することができる。そして、さらに必要に応じて、Ａｇ、ＣｕおよびＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｚ）をさらに含有することができる。
【００７３】
このＴａは、主として、めっき材料の耐酸化性向上のために重要な成分であり、そしてウイスカの発生および成長を抑制するために重要な成分である。Ｔａが０．００５重量％未満である場合には、ウイスカの発生および成長を抑制効果が十分でなく、比較的早期にウイスカが観察されるようになり、そしてウイスカの成長速度およびウイスカの長さが過大となってしまうので、本発明の目的を達成することができない。一方、Ｔａの量が２．０重量％超過しても、ウイスカ抑制効果は実施的に向上することはなく、かえって融点の上昇を招くので低温度での処理に適さなくなる。特に好ましいＴａ含有量は、０．１重量％以上、１．０重量％以下である。
【００７４】
Ｉｎは、主として、無鉛めっき材料の融点を下げるために有効な成分であって、適用される基材や、処理および（または）使用環境の温度範囲と材料コストのバランス等を考慮して適宜定めることができる。Ｉｎを用いる場合、その量は０．１重量％以上が好ましいが、耐酸化性の観点から１０．０重量％以下、特に５．０重量％以下を添加することが好ましい。
【００７５】
Ａｇは、主として、機械的強度を向上させるために有効な成分である。Ａｇを用いる場合、その量は、好ましくは０．５重量％以上、６．０重量％以下、特に好ましくは１．０重量％以上、４．０重量％以下、である。
【００７６】
Ｃｕは、主として、融点を低下させるために有効な成分である。Ａｇを用いる場合、その量は、好ましくは０．５重量％以上、６．０重量％以下、特に好ましくは１．０重量％以上、４．０重量％以下、である。
【００７７】
Ｚｎは、主として、融点を低下させるために有効な成分である。その量は、好ましくは７重量％以上、９重量％以下、特に好ましくは８重量％以上、９重量％以下、である。
【００７８】
上記の所定量のＴａを含むＳｎ基合金からなる本発明による無鉛めっき材料、およびＩｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ等の添加元素を上記範囲で更に含む本発明による無鉛めっき材料は、特に耐酸化性が良好なめっき層を形成することができるものである。例えば、６０℃−９３％ＲＨの恒温恒湿環境下に環境下に１０００時間曝したときのめっき層表面の酸化量（ＣＰＳ）が７０以下、特に好ましくは５０以下、であるめっき層を形成することができる。
【００７９】
そして、長期間放置されたとしても、ウイスカの発生頻度が少なく、かつウイスカが発生したとしてもその成長速度が極めて遅い、無鉛めっき層を形成できるものである。例えば、６０℃−９３％ＲＨの恒温恒湿環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの中央値（メジアン）が２０μｍ以上、５０μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以上、３０μｍ以下、であるめっき層を形成することができるものである。そして、例えば６０℃−９３％ＲＨの恒温恒湿環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの平均値が１５μｍ以上、２０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以上、１０μｍ以下、であるめっき層を形成することができるものである。
【００８０】
ここで、酸化量（ＣＰＳ）は表面状態や分析条件に基づくものであって、具体的には、電子線マイクロアナライザーの分析によって求められたものである。そして、ウイスカの長さの中央値（メジアン）とは、ウイスカの長さを、電子顕微鏡にて測定し、その測定値を大きさの順に並べたとき、その中央に当たる値を意味する。
【００８１】
本発明による無鉛めっき材料は、上記の通りに、ウイスカの発生頻度が少なく、かつウイスカが発生したとしてもその成長速度が極めて遅いという点において、従来の無鉛めっき材料と区別できるものであるが、本発明による無鉛めっき材料は、さらに、ウイスカの長さのバラツキが少なくて、ウイスカの長さの最大値と最小値との差が少ないという点においても、従来の無鉛めっき材料と明確に区別できるものである。例えば、６０℃−９３％ＲＨの恒温恒湿環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの最小値と最大値の差が、５μｍ以上、４０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以上、３０μｍ以下、であり、ウイスカの長さの分布を箱ひげ図（Ｂｏｘ Ｐｌｏｔ）により示したとき、第１四分位にあたるウイスカの長さと第３四分位にあたるウイスカの長さの差が ２０μｍ以上、３０μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ以上、２０μｍ以下、であるめっき層を形成できるものである。
【００８２】
本発明による無鉛めっき材料は、例えば電気めっき、化学めっき、溶融めっき等の方法によってめっき層を形成することができる。この中では、電子部品の製造に特に適しておりかつ従来から広く行われきた化学めっき法が特に好ましい。
【００８３】
そして、本発明によるめっき材料が適用されるめっき処理対象、即ち、本発明による無鉛めっき材料によってめっき層を形成させる対象は、上記のめっき方法、好ましくは化学めっき法、が採用可能なものならば任意である。好ましいものとしては、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉの金属基材を挙げることができる。
【００８４】
そして、上記の金属基材には、必要に応じ、本発明による無鉛めっき材料によって無鉛めっき層を形成させる前に、必要に応じて、下地めっき層を形成しておくことができる。そのような下地めっき層として好ましいものは、本発明による無鉛めっき材料からなるめっき層との付着強度が高く、そして電気的特性ないし機械的特性が近似したもの、例えばＳｎ基合金からなる金属表面を有する基材、特に好ましくは、Ｓｎ基合金からなる無鉛めっき材料によって形成されためっき層が下地層として形成された基材、を挙げることができる。
【００８５】
通常、表層めっき層には、高度の耐酸化性が必要であるのに対し、下地めっき層にはそれと同等以上の耐酸化性までは通常必要でない。このことから、本発明による無鉛めっき材料によって表層めっき層を形成する際には、下地めっき層は従来の一般的なＳｎ基合金からなる無鉛めっき材料を用いて形成することができる。なお、下地めっき層は、本発明によるＳｎ基合金からなる無鉛めっき材料を用いて形成することもできる。
【００８６】
めっき処理対象上に直接的にあるいは下地めっき層を上に形成された、本発明による無鉛めっき材料によるめっき層は、必要に応じて、リフロー処理に付すことができる。このリフロー処理によって、ウイスカの発生および成長をさらに抑制することができる。特に好ましいリフロー処理としては、下記を挙げることができる。
【００８７】
リフロー炉中の温度は２２０℃〜２４０℃であり、時間は５分以上を目安とする。
下地めっき層としてＳｎ基合金からなる無鉛めっき層が形成されている場合には、このリフロー処理によって、下地層と本発明による無鉛めっき材料によって表面層との両層の少なくとも一部分が溶融して、両層の密着性が向上することがある。リフロー処理を加圧下に行う場合、両層の密着性向上がさらに促進することができる。
【実施例】
【００８８】
＜実施例１＞
Ｓｎ-９．０重量％Ｚｎ-０．１重量％Ｔａからなる無鉛はんだを溶融し、直径１００ｍｍ、長さ３００ｍｍのビレットを鋳造した。次に、ビレットを押出して、厚さ１０ｍｍ、幅７０ｍｍの棒材を作製した。次に、棒材を圧延して、厚さ１００μｍ、幅７０ｍｍのリボンを作成した。
【００８９】
次に、図７に示すように、厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ６０ｍｍの銅板１００の表面にフラックスを塗布した後、厚さ１００μｍ、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリボンはんだ１０２を設置した。次に、Ｃｕメタライジングされた厚さ０．５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍのＳｉＮ基板１０２をリボンはんだ１０１の上部に設置し、窒素ガス雰囲気中において、２３０℃の温度で４５秒間加熱して、リフローした。得られた接合体を−２５℃〜１２５℃の熱サイクルを行なった。２０００サイクルの熱サイクル試験後、接合体を超音波探傷試験で観測した結果、クラックや剥離の発生が認められなかった。
【００９０】
＜実施例２＞
Ｓｎ-０．５重量％Ｃｕ-２．５重量％Ａｇ-４．０重量％Ｉｎ-０．１％重量Ｔａ-０．１重量％Ｃｏからなる無鉛はんだを溶融し、直径１００ｍｍ、長さ３００ｍｍのビレットを鋳造した。次に、ビレットを押出して、厚さ１０ｍｍ、幅７０ｍｍの棒材を作製した。次に、棒材を圧延して、厚さ１００μｍ、幅７０ｍｍのリボンを作成した。
次に、図７に示すように、厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ６０ｍｍの銅板１００の表面にフラックスを塗布した後、厚さ１００μｍ、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリボンはんだ１０２を設置した。次に、Ｃｕメタライジングされた厚さ０．５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍのＳｉＮ基板１０２をリボンはんだ１０１の上部に設置し、窒素ガス雰囲気中において、２５０℃の温度で４５秒間加熱して、リフローした。得られた接合体を−２５℃〜１２５℃の熱サイクルを行なった。４０００サイクルの熱サイクル試験後、接合体を超音波探傷試験で観測した結果、クラックや剥離の発生が認められなかった。
【００９１】
＜比較例１＞
Ｓｎ-９．０重量％Ｚｎからなる無鉛はんだを溶融し、直径１００ｍｍ、長さ３００ｍｍのビレットを鋳造した。次に、ビレットを厚さ１０ｍｍ、幅７０ｍｍの形材に押出しを行った。しかし、形材のエッジ部に押出し方向と垂直な方向に多数クラックが発生した。押出し材を圧延し、厚さ１００μｍ、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリボンはんだを切断し、供試材とした。
【００９２】
次に、実施例１と同様に、厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ６０ｍｍの銅板１００の表面にフラックスを塗布した後、厚さ１００μｍ、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリボンはんだ１０２を設置した。次に、Ｃｕメタライジングされた厚さ０．５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍのＳｉＮ基板１０２をリボンはんだ１０１の上部に設置し、窒素ガス雰囲気中において、２３０℃の温度で４５秒間加熱して、リフローした。得られた接合体を−２５℃〜１２５℃の熱サイクルを行なった。７５０サイクルの熱サイクル試験後、接合体を超音波探傷試験で観測した結果、接合体の４つ角から多数クラックの発生が観察された。
【００９３】
＜実施例３および比較例２＞
Ｔａを０．１重量％含有するＳｎ基合金からなる本発明の無鉛めっき材料（実施例３）と、Ｔａを実質的に含まないＳｎ基合金からなる無鉛めっき材料（比較例２）とを用意した。
【００９４】
上記の２種類の無鉛めっき材料（実施例３および比較例２）を、それぞれ４２アロイ合金からなる基材表面に施して、その基材表面にめっき層を形成した。
【００９５】
これらを６０℃−９３％の恒温恒湿漕内に放置し、１０００時間経過後の表面状態を観察し、表面に発生したウイスカの長さおよび太さを測定した。そして、各めっき層の表面の酸化量を電子線マイクロアナライザーによって測定した。
【００９６】
図８および図９は、ウイスカの長さ、太さ、およびそれらの分布状態を示す箱ひげ図（Ｂｏｘ Ｐｌｏｔ）であり、図１０は、めっき層の表面の酸化量を示す箱ひげ図（Ｂｏｘ Ｐｌｏｔ）である。
【表１】
【００９７】
図８から明らかなように、本発明の無鉛めっき材料（実施例３）によれば、比較例３に比べてウイスカの長さが短くなっている。ウイスカの形状も、図９に示されるように、実施例３の方が比較例３よりも太いことから明らかなに異なっている、一般に、長さが長いウイスカは細く、長さが短いウイスカは太い傾向にあるが、この傾向も本発明で同様であることが確認された。そして、図１０に示されるように、本発明の無鉛めっき材料（実施例３）によって形成されためっき層は、比較例３のめっき層に比べて、酸化量が少ないものとなっている。
【００９８】
図８〜図１０から明らかなように、本発明の無鉛めっき材料（実施例３）では、比較例３に比べて、めっき層の耐酸化性が向上し、ウイスカの発生および成長が抑制されている。
【００９９】
＜実施例４〜７＞
Ｔａ含有量を、０．５重量％、１．０重量％、１．５重量％、２．０重量％含有するＳｎ基合金からなる本発明の無鉛めっき材料（実施例４〜７）を用意した。
【０１００】
上記の４種類の無鉛めっき材料（実施例４〜７）を、それぞれ４２アロイ合金からなる基材表面に施して、その基材表面にめっき層を形成した。
【０１０１】
これらを６０℃−９３％の恒温恒湿漕内に放置し、１０００時間経過後の表面状態を観察し、表面のウイスカの長さを測定した。図１１は、ウイスカの長さの分布状態を示す箱ひげ図（Ｂｏｘ Ｐｌｏｔ）である。
【表２】
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．０５Ｔａ系はんだの溶融物によって、基板上に形成された薄膜の状態を示す写真。
【図２】Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだによって、基板上に形成された薄膜の状態を示す写真。
【図３】Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ系はんだによって、基板上に形成された薄膜の状態を示す写真。
【図４】本発明のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ−０．０５Ｔａ系はんだの表面張力を滴下法によって評価する際に形成された滴の形状を示す図面。
【図５】Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだの表面張力を滴下法によって評価する際に形成された滴の形状を示す図。
【図６】Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−４Ｉｎ系はんだの表面張力を滴下法によって評価する際に形成された滴の形状を示す図。
【図７】実施例１および２において行われた「熱サイクル試験」の概要を示す図。
【図８】実施例３と比較例４において形成されたウイスカの長さを示す図
【図９】実施例３と比較例４において形成されたウイスカの太さを示す図
【図１０】実施例３と比較例４において形成されためっき層の酸化量を示す図
【図１１】実施例４〜７において形成されたウイスカの長さを示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなることを特徴とする、電子部品用無鉛金属材料。
【請求項２】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなることを特徴とする、無鉛はんだ。
【請求項３】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＺｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項４】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＢｉを０．１重量％以上、６０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物とからなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項５】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＩｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項６】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＣｕを０．０１重量％以上、７．５重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項７】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＡｇを０．０１重量％以上、５．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項８】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下、Ａｇを０．０１重量％以上、５．０重量％以下およびＣｕを０．０１重量％以上、７．５重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項９】
ＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｙ）をさらに含有するＳｎ基合金からなる、請求項２〜８のいずれか１項に記載の無鉛はんだ。
【請求項１０】
前記のＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる添加元素（Ｙ）の含有量が、Ｉｎについては１０重量％を越えず、Ｂｉについては６０重量％を越えないＳｎ基合金からなる、請求項９に記載の無鉛はんだ。
【請求項１１】
Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｘ）をさらに含有するＳｎ基合金からなる、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の無鉛はんだ。
【請求項１２】
前記のＣｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる添加元素（Ｘ）の含有量が各々０．５重量％を超えず、かつ、前記の添加元素（Ｘ）を複数種含有する場合にはそれらの合計の含有量が１．０重量％を超えないＳｎ基合金からなる、請求項１１に記載の無鉛はんだ。
【請求項１３】
クリーム状、リボン状、糸状またはロッド状の形状を有する、請求項２〜１２のいずれか１項に記載の無鉛はんだ。
【請求項１４】
前記の請求項２〜１３のいずれか１項に記載の無鉛はんだによって接合されたことを特徴とする、はんだ接合体。
【請求項１５】
前記の請求項２〜１３のいずれか１項に記載の無鉛はんだによって接合されたことを特徴とする、電子部品。
【請求項１６】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなることを特徴とする、無鉛めっき材料。
【請求項１７】
Ｔａを０．１重量％以上、１．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなる、請求項１６に記載の無鉛めっき材料。
【請求項１８】
Ｔａを０．１重量％以上、１．０重量％以下およびＩｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項１７に記載の無鉛めっき材料。
【請求項１９】
Ａｇ、ＣｕおよびＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｚ）をさらに含有するＳｎ基合金からなる、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の無鉛めっき材料。
【請求項２０】
６０℃−９３％ＲＨの環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの中央値（メジアン）が２０μｍ以上、３０μｍ以下であるめっき層を形成する、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の無鉛めっき材料。
【請求項２１】
６０℃−９３％ＲＨの環境下に１０００時間曝したときのめっき層表面の酸化量（ＣＰＳ）が７０以下であるめっき層を形成する、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の無鉛めっき材料。
【請求項１】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなることを特徴とする、電子部品用無鉛金属材料。
【請求項２】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなることを特徴とする、無鉛はんだ。
【請求項３】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＺｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項４】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＢｉを０．１重量％以上、６０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物とからなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項５】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＩｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項６】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＣｕを０．０１重量％以上、７．５重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項７】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下およびＡｇを０．０１重量％以上、５．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項８】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下、Ａｇを０．０１重量％以上、５．０重量％以下およびＣｕを０．０１重量％以上、７．５重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項２に記載の無鉛はんだ。
【請求項９】
ＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｙ）をさらに含有するＳｎ基合金からなる、請求項２〜８のいずれか１項に記載の無鉛はんだ。
【請求項１０】
前記のＩｎおよびＢｉからなる群から選ばれる添加元素（Ｙ）の含有量が、Ｉｎについては１０重量％を越えず、Ｂｉについては６０重量％を越えないＳｎ基合金からなる、請求項９に記載の無鉛はんだ。
【請求項１１】
Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｘ）をさらに含有するＳｎ基合金からなる、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の無鉛はんだ。
【請求項１２】
前記のＣｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＳｂおよびＧｅからなる群から選ばれる添加元素（Ｘ）の含有量が各々０．５重量％を超えず、かつ、前記の添加元素（Ｘ）を複数種含有する場合にはそれらの合計の含有量が１．０重量％を超えないＳｎ基合金からなる、請求項１１に記載の無鉛はんだ。
【請求項１３】
クリーム状、リボン状、糸状またはロッド状の形状を有する、請求項２〜１２のいずれか１項に記載の無鉛はんだ。
【請求項１４】
前記の請求項２〜１３のいずれか１項に記載の無鉛はんだによって接合されたことを特徴とする、はんだ接合体。
【請求項１５】
前記の請求項２〜１３のいずれか１項に記載の無鉛はんだによって接合されたことを特徴とする、電子部品。
【請求項１６】
Ｔａを０．００５重量％以上、２．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなることを特徴とする、無鉛めっき材料。
【請求項１７】
Ｔａを０．１重量％以上、１．０重量％以下含有するＳｎ基合金からなる、請求項１６に記載の無鉛めっき材料。
【請求項１８】
Ｔａを０．１重量％以上、１．０重量％以下およびＩｎを０．１重量％以上、１０．０重量％以下含有し、残部がＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎ基合金からなる、請求項１７に記載の無鉛めっき材料。
【請求項１９】
Ａｇ、ＣｕおよびＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の添加元素（Ｚ）をさらに含有するＳｎ基合金からなる、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の無鉛めっき材料。
【請求項２０】
６０℃−９３％ＲＨの環境下に１０００時間曝したときにめっき層表面に発生するウイスカの長さの中央値（メジアン）が２０μｍ以上、３０μｍ以下であるめっき層を形成する、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の無鉛めっき材料。
【請求項２１】
６０℃−９３％ＲＨの環境下に１０００時間曝したときのめっき層表面の酸化量（ＣＰＳ）が７０以下であるめっき層を形成する、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の無鉛めっき材料。
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１９６２８９（Ｐ２００７−１９６２８９Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２９７１２（Ｐ２００６−３２９７１２）
【出願日】平成１８年１２月６日（２００６．１２．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月６日（２００６．１２．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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