无铅软钎料合金、电子电路基板和电子控制装置的制作方法

本发明涉及无铅软钎料合金、以及具有使用该无铅软钎料合金而形成的钎焊接合部的电子电路基板、和电子控制装置。

背景技术：

1、一直以来，将电子部件与在印刷电路板、有机硅晶圆之类的基板上形成的电子电路接合时，采用使用了软钎料合金的钎焊接合方法。该软钎料合金中通常使用铅。然而，从环境负荷的观点出发，根据rohs指令等而铅的使用受到限制，因此，近年来，普遍逐渐变成利用不含有铅的、所谓无铅软钎料合金的钎焊接合方法。

2、作为该无铅软钎料合金，熟知有例如sn-cu系、sn-ag-cu系、sn-bi系、sn-zn系软钎料合金等。其中，电视、手机等中使用的民用电子设备、搭载于汽车的车载用电子设备中大多使用有sn-3ag-0.5cu软钎料合金。

3、无铅软钎料合金与含铅软钎料合金相比，钎焊性稍差，但是由于助焊剂、钎焊装置的改良克服了该钎焊性的问题。因此，例如即使为车载用电子电路基板，虽然如汽车的车室内那样有寒暖温差但置于比较稳定的环境下，在使用sn-3ag-0.5cu软钎料合金形成的钎焊接合部也不会产生较大的问题。

4、然而，近年来，例如如电子控制装置中使用的电子电路基板那样，发动机室、发动机直载、与马达的机电一体化之类的寒暖温差特别大(例如-30℃～110℃，-40℃～125℃，-40℃～150℃这样的寒暖温差)，以及受到振动负荷那样苛刻的环境下的电子电路基板的配置的研究和实用化正在进行。在这样的寒暖温差非常大的环境下，由于安装的电子部件与基板的线膨胀系数之差而容易产生钎焊接合部的热位移以及伴随其的应力。而且，基于寒暖温差的塑性变形的反复容易在钎焊接合部引起龟裂，进而随着时间的经过而反复赋予的应力集中在上述龟裂的前端附近，因此，该龟裂容易横断扩展至钎焊接合部的深部。如此显著扩展的龟裂会引起电子部件与在基板上形成的电子电路的电连接的切断。特别是在较大的寒暖温差的基础上处于对电子电路基板负荷振动的环境下，上述龟裂和其扩展更容易产生。

5、因此，可以预期，在置于上述苛刻的环境下的车载用电子电路基板和电子控制装置增加过程中，对能够发挥充分的龟裂扩展抑制效果的sn-ag-cu系软钎料合金的期望在今后逐渐变大。

6、另外，在车载用电子电路基板上搭载的qfp(四面扁平封装(quad flatpackage))、sop(小引出线封装(small outline package))之类的电子部件的引线部分中以往大多使用了镀ni/pd/au、镀ni/au的部件。然而，伴随着近年来的电子部件的低成本化、基板的小型化，将引线部分替换为sn镀层的电子部件、具有镀sn的下面电极的电子部件的研究和实用化正在进行。

7、钎焊接合时，镀sn的电子部件容易产生sn镀层和钎焊接合部中所含的sn与引线部分、前述下面电极中所含的cu的相互扩散。由于该相互扩散而在钎焊接合部与前述引线部分、前述下面电极的界面附近的区域(以下，本说明书中称为“界面附近”。)，金属间化合物即cu3sn层以凸凹状较大地生长。前述cu3sn层原本具有硬且脆的性质，而且以凸凹状较大生长的cu3sn层变得更脆。因此，特别是在上述苛刻的环境下，前述界面附近与钎焊接合部相比，容易产生龟裂，而且产生的龟裂以此为起点迅速扩展，因此容易产生电短路。

8、因此，可以预期，今后在上述苛刻的环境下使用未镀ni/pd/au、未镀ni/au的电子部件时，对于能够发挥前述界面附近的龟裂扩展抑制效果的无铅软钎料合金的期望也变大。

9、至今为止，公开了几种如下方法：通过在sn-ag-cu系软钎料合金中添加ag、bi这样的元素使钎焊接合部的强度和伴随其的热疲劳特性提高，由此抑制上述钎焊接合部的龟裂扩展(参照专利文献1～专利文献7)。

10、现有技术文献

11、专利文献

12、专利文献1：日本特开平5-228685号公报

13、专利文献2：日本特开平9-326554号公报

14、专利文献3：日本特开2000-190090号公报

15、专利文献4：日本特开2000-349433号公报

16、专利文献5：日本特开2008-28413号公报

17、专利文献6：国际公开小册子wo2009/011341号

18、专利文献7：日本特开2012-81521号公报

19、在软钎料合金中添加bi时，bi与进入至软钎料合金的原子排列的晶格的sn置换，由此使原子排列的晶格歪扭。由此，sn基质强化而提高合金强度，因此，期望基于bi的添加而使软钎料龟裂扩展特性有一定改善。

20、然而，通过bi的添加而高强度化的无铅软钎料合金的延伸性变差，有脆性增强这样的缺点。申请人在使用添加有bi的以往的无铅软钎料合金将基板与芯片电阻部件进行钎焊接合并将其置于寒暖温差较大的环境下，结果处于芯片电阻部件侧的角焊缝部分中，自相对于芯片电阻部件的长度方向为约45°的方向以直线状产生龟裂而发生电短路。因此，特别是在置于寒暖温差较大的环境下的车载用基板中，仅利用以往那样基于bi等的添加的高强度化，龟裂扩展抑制效果并不充分，期望在高强度化的基础上出现新的龟裂扩展抑制方法。

21、另外，在使用未镀ni/pd/au、未镀ni/au的电子部件进行钎焊接合时，在前述界面附近作为金属间化合物的cu3sn层会较大生成凸凹状，因此，难以抑制该界面附近的龟裂扩展。

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、本发明能够解决上述课题，其目的在于，提供：在寒暖温差较大、负荷振动那样苛刻的环境下也可抑制钎焊接合部的龟裂扩展、且即使使用未镀ni/pd/au、未镀ni/au的电子部件进行钎焊接合的情况下也可抑制前述界面附近的龟裂扩展的无铅软钎料合金、以及具有使用该无铅软钎料合金而形成的钎焊接合部的电子电路基板、和电子控制装置。

3、用于解决问题的方案

4、(1)本发明的无铅软钎料合金的特征在于，含有1重量％以上且4重量％以下的ag、1重量％以下的cu、3重量％以上且5重量％以下的sb、和0.01重量％以上且0.25重量％以下的ni，余量由sn组成。

5、(2)在上述(1)所述的构成中，其特征在于，本发明的无铅软钎料合金还含有0.001重量％以上且0.25重量％以下的co。

6、(3)在上述(1)或(2)的构成中，其特征在于，sb的含量为3.5重量％以上且5重量％以下。

7、(4)另外，作为本发明的其他构成，本发明的无铅软钎料合金的特征在于，含有：1重量％以上且4重量％以下的ag、1重量％以下的cu、3重量％以上且5重量％以下的sb、0.01重量％以上且0.25重量％以下的ni、和0.001重量％以上且0.25重量％以下的co，余量由sn组成，ag、cu、sb、ni和co的各自含量(重量％)满足下述式(a)～(d)的全部。

8、1.6≤ag含量+(cu含量/0.5)≤5.4…a

9、0.73≤(ag含量/4)+(sb含量/5)≤2.10…b

10、1.1≤sb含量/cu含量≤11.9…c

11、0<(ni含量/0.25)+(co含量/0.25)≤1.19…d

12、(5)在上述(1)～(4)中任一项所述的构成中，本发明的无铅软钎料合金的特征在于，还含有6重量％以下的in。

13、(6)上述(1)～(5)中任一项所述的构成中，本发明的无铅软钎料合金的特征在于，还含有总计为0.001重量％以上且0.05重量％以下的p、ga和ge中的至少1种。

14、(7)上述(1)～(6)中任一项所述的构成中，本发明的无铅软钎料合金的特征在于，还含有总计为0.001重量％以上且0.05重量％以下的fe、mn、cr和mo中的至少1种。

15、(8)本发明的电子电路基板的特征在于，具有使用上述(1)～(7)中任一项所述的无铅软钎料合金而形成的钎焊接合部。

16、(9)本发明的电子控制装置的特征在于，具有上述(8)所述的电子电路基板。

17、发明的效果

18、本发明的无铅软钎料合金、具有使用该无铅软钎料合金而形成的钎焊接合部的电子电路基板以及电子控制装置即使在寒暖温差较大、负荷振动那样苛刻的环境下也可抑制钎焊接合部的龟裂扩展，且即使在使用未镀ni/pd/au、未镀ni/au的电子部件进行钎焊接合的情况下，也可抑制前述界面附近的龟裂扩展。