BR102020006258B1 - Liga de solda, esfera de solda, pré-forma de solda, pasta de solda e junta de solda - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a uma liga de solda tem uma composição de liga que consiste, em % de massa, de Ag: de 3,2 a 3,8%, Cu: de 0,6 a 0,8%, Ni: de 0,01 a 0,2%, Sb: de 2 a 5,5%, Bi: de 1,5 para 5,5%, Co: de 0,001 a 0,1% e Ge: de 0,001 a 0,1%, com o saldo Sn. A composição da liga satisfaz a seguinte relação (1): 2.93ó{(Ge/Sn)+(Bi/Ge)}ó(Bi/Sn) (1). No relacionamento (1), cada um de Sn, Ge e Bi representa o teor (% em massa) na composição da liga.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO TÉCNICO

[001]. A presente invenção refere-se a uma liga de solda, uma esfera de solda, uma pré-forma de solda, uma pasta de solda e uma junta de solda, cada uma assegurando que não ocorram falhas, seja exibido um excelente espalhamento úmido, o crescimento de um composto intermetálico após a solda ser inibido, e o modo de fratura após um teste de resistência ao cisalhamento é apropriado.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002]. Com o progresso recente na eletrônica de automóveis, os automóveis estão mudando de veículos a gasolina para veículos híbridos ou elétricos. Em veículos híbridos ou elétricos, é montado um circuito eletrônico no veículo no qual os componentes eletrônicos são soldados a uma placa de circuito impresso. O circuito eletrônico do veículo foi disposto em uma cabine do veículo, sendo submetido a um ambiente de vibração relativamente moderado. No entanto, juntamente com a expansão de sua aplicação, passou a ser montado em uma sala de máquinas ou em uma câmara de óleo de uma transmissão ou mesmo diretamente em um dispositivo mecânico.

[003]. Como descrito acima, o circuito eletrônico no veículo é montado em um local sujeito a várias cargas externas, como diferença de temperatura, impacto e vibração, devido ao aumento da área de montagem. Por exemplo, um circuito eletrônico no veículo montado em uma sala de máquinas pode ser exposto a uma temperatura alta de 125 °C ou mais durante a operação do motor. Por outro lado, quando o motor é parado, ele é exposto a uma temperatura baixa de -40 °C ou menos em um bairro frio.

[004]. Convencionalmente, uma liga de solda de Sn-Ag-Cu tem sido amplamente utilizada como uma liga para conectar um substrato e um componente eletrônico. A liga de solda está expandindo cada vez mais sua gama de aplicações e, portanto, são desejados usos em um ambiente hostil, tipificado por aplicações automotivas. Ao mesmo tempo, a liga de solda é necessária para garantir alta confiabilidade da conexão, de modo que não ocorra quebra ou degradação na junta de solda, mesmo quando a junta de solda for usada por um longo período em um ambiente como esse.

[005]. No entanto, quando um circuito eletrônico é exposto à diferença de temperatura descrita acima, um estresse é concentrado na parte da junta devido a uma diferença no coeficiente de expansão térmica entre um componente eletrônico e uma placa de circuito impresso. Portanto, o uso de uma liga de solda Sn-3 Ag-0,5 Cu convencional pode causar a ruptura de uma porção da junta, e uma liga de solda que evita a quebra de uma porção da junta, mesmo que desejado em um ambiente sujeito a uma grande diferença de temperatura.

[006]. Por exemplo, a Literatura de Patente 1 divulga uma composição de liga na qual Ge pode ser contido como um elemento opcional em uma liga de solda à base de Sn-Ag-Cu-Ni-Sb-Co. Esta literatura também afirma que, em um caso em que o teor de Cu é de 0,5% em massa, é exercido um efeito de impedir a lixiviação de Cu em relação à terra de Cu, a viscosidade da liga de solda na fusão é mantida em bom estado, a geração de vazios durante o refluxo é reduzido e a resistência ao choque térmico da porção da junta de solda formada é aprimorada.

[007]. A Literatura de Patente 2 descreve uma composição de liga na qual Co ou Ge está contido como um elemento opcional em uma liga de solda à base de Sn-Ag-Cu-Ni-Sb-Bi. Esta literatura também afirma que, em um caso em que o teor de Ag é definido entre 1 e 3,1% em massa, além de impedir o desenvolvimento de rachaduras na porção da junta de solda em um ambiente hostil com uma grande diferença de temperatura, um composto Ag3Sn é depositado no limite de grão Sn da liga de solda para conferir resistência mecânica.

[008]. A Literatura de Patente 3 descreve uma composição de liga na qual pelo menos um de Ni, In, Ga, Ge e P pode estar contido como um elemento opcional em uma liga de solda à base de Sn-Ag-Cu-Sb-Bi-Co que é uma solda liga com excelentes características de ciclo de calor. No Exemplo 24 desta literatura, Sn-3,5 Ag-0,7 Cu-5,0 Bi-5,0 Sb-0,005 Co-0,1 Ni-0,1 In-0,1 Ga-0,1 Ge-0,1 P é discutido como uma composição de liga específica.

[009]. [Literatura de patente 1] Patente japonesa n° 6200534

[0010]. [Literatura de patente 2] JP-A-2017-170464

[0011]. [Literatura de patente 3] Patente japonesa n° 5723056

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[0012]. A liga de solda descrita na Literatura de Patente 1 deve ser capaz de exercer um efeito de prevenção da lixiviação de Cu, reduzindo a geração de vazios e aumentando a resistência ao choque térmico, como descrito acima. No entanto, esses efeitos são exercidos apenas em um caso em que o teor de Cu é de 0,5% em massa e se o teor de Cu se desviar levemente de 0,5% em massa, os efeitos não poderão ser exercidos. Portanto, é óbvio que a versatilidade é extremamente baixa e mais estudos são necessários.

[0013]. Além disso, o Bi geralmente forma uma solução sólida com Sn em certa medida e, portanto, em um caso em que a liga de solda contém Bi, a difusão de Cu no Sn é impedida. Como a liga de solda descrita na Literatura de Patente 1 não contém Bi, considera-se que o Cu do eletrodo se difunde em Sn e uma camada de composto intermetálico é facilmente formada na interface de ligação.

[0014]. Na liga de solda descrita na Literatura de Patente 2, diz-se que, como descrito acima, o teor de Ag está dentro de uma faixa predeterminada e a resistência mecânica da liga de solda é assim conferida. No entanto, em um caso em que a resistência mecânica da liga de solda é aprimorada, a tensão aplicada à junta de solda é concentrada na interface de ligação e é provável que ocorra quebra na interface de ligação da junta de solda. Como resultado, a junta de solda pode exibir um modo de fratura que deve ser evitado. Além disso, o Ag pode melhorar a capacidade de umedecimento da liga de solda e, portanto, considera-se que o Ag precisa estar contido em certa quantidade.

[0015]. A liga de solda descrita na Literatura de Patente 3 contém In e, consequentemente, a capacidade de umedecimento é reduzida, deixando o medo de que a junta de solda possa ser quebrada nas proximidades da interface de ligação quando uma tensão é aplicada à junta de solda.

[0016]. Além disso, nas Literaturas de Patentes 1 a 3, como descrito acima, as características do ciclo de calor são principalmente focadas no design de ligas. No entanto, nos últimos anos, é necessária a miniaturização de componentes eletrônicos, como CPU (Unidade Central de Processamento) e, por sua vez, o eletrodo deve ser reduzido em tamanho. Um eletrodo de microminiatura enfrenta o chamado problema da ocorrência da ausência, que é um fenômeno em que a solda não é alcançada após o refluxo, dependendo da forma e das propriedades da liga de solda, independentemente de a forma ser uma esfera de solda, pré-forma de solda ou uma pasta de solda.

[0017]. Dessa forma, enquanto um projeto de liga feito com foco nas características do ciclo de calor foi feito convencionalmente, é necessária uma liga de solda capaz de resolver simultaneamente os problemas acima descritos, incluindo a ausência, de modo a lidar com a recente tendência de miniaturização de componentes eletrônicos.

[0018]. Por conseguinte, um objetivo da presente invenção é fornecer uma liga de solda, uma esfera de solda, uma pré-forma de solda, uma pasta de solda e uma junta de solda, cada uma assegurando que não ocorra ausência, seja exibido um excelente espalhamento úmido, o crescimento de um composto intermetálico na interface de ligação após a inibição da solda, e o modo de fratura após um teste de resistência ao cisalhamento é apropriado.

[0019]. Os presentes inventores focaram, na liga de solda descrita na Literatura de Patente 1, uma composição de liga contendo Bi, de modo a inibir o crescimento de um composto intermetálico enquanto o teor de Cu está dentro de uma faixa predeterminada. Além disso, os presentes inventores concentraram-se, na liga de solda descrita na Literatura de Patente 2, uma composição de liga na qual o teor de Ag é ajustado em uma faixa apropriada, a fim de impedir que um estresse se concentre na interface de ligação e ao mesmo tempo, melhore a capacidade de umedecimento. Além disso, os presentes inventores focaram, na liga de solda descrita na Literatura de Patente 3, uma composição de liga que não contém In, a fim de melhorar a capacidade de espalhamento úmido e deslocar a porção de fratura após um teste de resistência ao cisalhamento da interface de ligação em direção ao lado da liga de solda.

[0020]. Embora os problemas com as composições de ligas convencionais tenham sido resolvidos até certo ponto, verificou-se que a ausência ocorre para uma ou mais amostras em 5 amostras. Em seguida, os presentes inventores conduziram estudos detalhados para evitar a ausência, enquanto são mantidas excelentes propriedades de capacidade de umedecimento, inibição do crescimento de um composto intermetálico e otimização do modo de fratura.

[0021]. Os presentes inventores pensaram que, em um caso em que a superfície de uma liga de solda é modificada em uma estrutura densa, a ausência pode ser evitada e eles fizeram investigações em detalhes sobre os elementos constituintes, a fim de obter uma estrutura densa. Como resultado, verificou-se acidentalmente que, em um caso em que os pares de Bi e Ge, Sn e Ge e Sn e Bi satisfazem uma relação predeterminada, a ausência pode ser evitada. Verificou-se também que, em um caso em que todos os elementos constituintes se enquadram nas respectivas faixas predeterminadas e satisfaçam a relação descrita acima, prevenção de ausência, excelente capacidade de espalhamento úmido, inibição do crescimento de um composto intermetálico na interface de ligação, e a otimização do modo de fratura após um teste de resistência ao cisalhamento pode ser alcançada ao mesmo tempo. Assim, a presente invenção foi realizada.

[0022]. A presente invenção obtida com base nessas descobertas é apresentada a seguir. (1) Uma liga de solda com uma composição de liga que consiste em % de massa de Ag: de 3,2 a 3,8%, Cu: de 0,6 a 0,8%, Ni: de 0,01 a 0,2%, Sb: de 2 a 5,5%, Bi : de 1,5 a 5,5%, Co: de 0,001 a 0,1% e Ge: de 0,001 a 0,1%, com o balanço sendo Sn e impurezas inevitáveis, em que a composição da liga satisfaz a seguinte relação (1): 2,93<{(Ge/Sn)+(Bi/Ge)}x(Bi/Sn) (1)

[0023]. Na relação (1), cada um de Sn, Ge e Bi representa o teor (% em massa) na composição da liga. (2) A liga de solda de acordo com (1), na qual a composição da liga contém ainda, em % de massa, pelo menos um de Mg, Ti, Cr, Mn, Fe, Ga, Zr, Nb, Pd, Pt, Au, La e Ce: 0,1% ou menos no total. (3) A liga de solda de acordo com (1) ou (2), na qual a composição da liga ainda satisfaz a seguinte relação (2): 0,001<(Ni/Co)x(1/Ag)xGe<0,i5 (2)

[0024]. Na relação (2), cada um de Ni, Co, Ag e Ge representa o teor (% em massa) na composição da liga.

[0025]. (4) Uma esfera de solda incluindo a liga de solda de acordo com qualquer um de (1) a (3). (5) Uma pré-forma de solda incluindo a liga de solda de acordo com qualquer um de (1) a (3). (6) Pasta de solda, incluindo a liga de solda, de acordo com qualquer um de (1) a (3). (7) Uma junta de solda incluindo a liga de solda de acordo com qualquer um de (1) a (3).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026]. FIG. 1 é um diagrama que ilustra a relação entre a relação (1) na liga de solda na presente invenção e os Exemplos.

[0027]. FIG. 2 é um diagrama ampliado da FIG. 1 indicando a faixa de 40 a 70 na abcissa da FIG. 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0028]. A presente invenção é descrita em mais detalhes abaixo. Na presente descrição, salvo especificação em contrário, “%” em relação à composição da liga de solda é “% em massa”.

Liga de solda Ag: de 3,2 a 3,8%

[0029]. Ag é um elemento que melhora a capacidade de umedecimento da liga de solda. Se o teor de Ag for inferior a 3,2%, os efeitos acima não poderão ser exercidos. Em termos do limite inferior, o teor de Ag é de 3,2% ou mais, de preferência 3,3% ou mais. Por outro lado, se o teor de Ag exceder 3,8%, a temperatura liquida da liga de solda aumenta e a capacidade de umedecimento diminui bastante. Em termos do limite superior, o teor de Ag é de 3,8% ou menos, preferencialmente 3,7% ou menos, mais preferencialmente 3,6% ou menos, ainda mais preferencialmente 3,5% ou menos.

Cu: de 0,6 a 0,8%

[0030]. O Cu é um elemento que melhora o modo de fratura, aumentando a resistência de união da junta de solda e aprimora a capacidade de umedecimento. Se o teor de Cu for inferior a 0,6%, os efeitos acima não poderão ser exercidos. Em termos do limite inferior, o teor de Cu é de 0,6% ou mais, de preferência 0,65% ou mais. Por outro lado, se o teor de Cu exceder 0,8%, um modo de fratura aparecerá na interface de ligação devido a uma diminuição na capacidade de umedecimento. Além disso, a capacidade de umedecimento diminui devido a um aumento na temperatura do líquido. Em termos do limite superior, o teor de Cu é de 0,8% ou menos, de preferência 0,75% ou menos.

Ni: de 0,01 a 0,2%

[0031]. O Ni é um elemento que inibe a difusão de Cu em Sn após a soldagem para impedir o crescimento de um composto intermetálico e melhora o modo de fratura em um teste de resistência ao cisalhamento, porque um composto intermetálico produzido na interface de ligação fica bom. Se o teor de Ni for menor que 0,01%, os efeitos acima não poderão ser exercidos. Em termos do limite inferior, o teor de Ni é de 0,01% ou mais, de preferência 0,02% ou mais, mais preferencialmente de 0,03% ou mais. Por outro lado, se o teor de Ni exceder 0,2%, a capacidade de umedecimento diminui devido ao aumento da temperatura do líquido. Em termos do limite superior, o teor de Ni é 0,2% ou menos, preferencialmente 0,1% ou menos, mais preferencialmente 0,07% ou menos, ainda mais preferencialmente 0,05% ou menos.

Sb: de 2 a 5,5%

[0032]. Sb é um elemento que forma uma solução sólida com a fase Sn e inibe o crescimento de um composto intermetálico, impedindo a difusão de Cu pelo eletrodo. Se o teor de Sb for menor que 2%, os efeitos acima não poderão ser exercidos. Em termos do limite inferior, o teor de Sb é de 2% ou mais, preferencialmente 2,5% ou mais, mais preferencialmente 3,0% ou mais. Por outro lado, se o teor de Sb exceder 5,5%, o modo de fratura muda para a interface de ligação e a capacidade de umedecimento diminui devido ao aumento da temperatura do líquido. Em termos do limite superior, o teor de Sb é de 5,5% ou menos, de preferência 5,0% ou menos.

Bi: de 1,5 a 5,5%

[0033]. Bi é um elemento que forma uma solução sólida na fase Sn e inibe o crescimento de um composto intermetálico, impedindo a difusão de Cu pelo eletrodo. Se o teor de Bi for inferior a 1,5%, os efeitos acima não poderão ser exercidos. Em termos do limite inferior, o teor de Bi é de 1,5% ou mais, preferencialmente 2,5% ou mais, mais preferencialmente 3,2% ou mais. Por outro lado, se o teor de Bi exceder 5,5%, o modo de fratura muda para a interface de ligação. Em termos do limite superior, o teor de Bi é 5,5% ou menos, preferencialmente 5,0% ou menos.

Co: de 0,001 a 0,1%

[0034]. Co é um elemento que inibe a difusão de Cu em Sn após a soldagem, evita o crescimento de um composto intermetálico e melhora o modo de fratura em um teste de resistência ao cisalhamento, porque um composto intermetálico produzido na interface de ligação fica fino. Se o teor de Co for menor que 0,001%, os efeitos acima não poderão ser exercidos. Em termos do limite inferior, o teor de Co é 0,001% ou mais, preferencialmente 0,005% ou mais, mais preferencialmente 0,008% ou mais. Por outro lado, se o teor de Co exceder 0,1%, a camada composta intermetálica na interface de ligação torna-se espessa e, portanto, o modo de fratura muda para a interface de ligação. Além disso, como a temperatura do líquido aumenta, a capacidade de umedecimento diminui. Em termos do limite superior, o teor de Co é de 0,1% ou menos, preferencialmente 0,05% ou menos, mais preferencialmente 0,01% ou menos.

Ge: de 0,001 a 0,1%

[0035]. Ge é um elemento que evita a ausência de solda. Se o teor da Ge for menor que 0,001%, os efeitos acima não poderão ser exercidos. Em termos do limite inferior, o teor de Ge é 0,001% ou mais, preferencialmente 0,005% ou mais, mais preferencialmente 0,007% ou mais. Por outro lado, se o teor de Ge exceder 0,1%, o modo de fratura muda para a interface de ligação e a capacidade de umedecimento diminui. Em termos do limite superior, o teor de Ge é de 0,1% ou menos, preferencialmente 0,05% ou menos, mais preferencialmente 0,010% ou menos. Relação (1) 2,93<{(Ge/Sn)+(Bi/Ge)}x(Bi/Sn) (1)

[0036]. Na relação (1), cada um de Sn, Ge e Bi representa o teor (% em massa) na composição da liga. Além disso, o lado direito da relação (1), ou seja, {(Ge/Sn)+(Bi/Ge)}x(Bi/Sn), pode ser referido como “a expressão (1)” a seguir.

[0037]. A liga de solda na presente invenção deve satisfazer a relação (1). Mesmo que o teor dos elementos constituintes acima descritos esteja dentro dos respectivos intervalos, a menos que a relação (1) seja satisfeito, ocorre uma ausência.

[0038]. A ausência é evitada modificando a superfície mais externa da liga de solda em uma estrutura densa. Embora cada um de Sn, Bi e Ge espesse na superfície mais externa da liga de solda, um mero espessamento desse elemento na superfície mais externa da liga de solda não leva à modificação da superfície mais externa e a ausência não pode ser impedida. A razão pela qual, em um caso em que a relação (1) é satisfeita, a superfície mais externa da liga de solda pode ser modificada e a ausência pode ser evitada não é clara, mas é presumida da seguinte forma.

[0039]. Cada par de Bi e Ge e o par de Sn e Ge depositam uma peritética, e o par de Sn e Bi deposita uma liga de cristal dupla. Aqui, Ge está presente com um gradiente de concentração decrescente da superfície mais externa do Sn, formando uma solução sólida com Bi voltado para o interior. Embora uma peritética deva ser depositada do par de Ge e Sn e do par de Bi e Ge, em um caso em que Ge esteja presente com um gradiente de concentração conforme descrito acima em Sn formando uma solução sólida com Bi, uma liga de cristal duplo é depositada na superfície mais externa de Sn, e um grande número de limites de grãos de cristal é formado. Como resultado, presume-se que a superfície mais externa da liga de solda é modificada em uma estrutura densa, de modo a evitar a ausência. Mais especificamente, na relação (1), desde que o equilíbrio entre a combinação de elementos capazes de depositar uma peritética e a combinação de elementos que depositam uma liga gêmea de cristal esteja dentro de um intervalo predeterminado, a superfície mais externa da liga de solda seja modificado em uma estrutura densa.

[0040]. Em termos do limite inferior, a expressão (1) precisa ser 2,93 ou mais do ponto de vista da modificação da superfície mais externa da liga de solda em uma estrutura densa para evitar a ausência. Em termos do limite inferior, a expressão (1) é preferencialmente 2,968 ou mais, mais preferencialmente 3,037 ou mais, ainda mais preferencialmente 3,079 ou mais, ainda mais preferencialmente 3,148 ou mais, ainda mais preferencialmente 1,412x10 ou mais, e mais preferencialmente 1.427x10 ou mais. O limite superior da expressão (1) não é particularmente limitado e, desde que cada elemento constituinte esteja dentro da faixa descrita acima, os efeitos da presente invenção podem ser exercidos sem nenhum problema. Em termos do limite superior, a expressão (1) é preferencialmente 3,597x102 ou menos, mais preferencialmente 2,912x102 ou menos, ainda mais preferencialmente 1,142x102 ou menos, ainda mais preferencialmente 4,431x10 ou menos, ainda mais preferencialmente 4,329x10 ou menos, mais preferencialmente 3,662x10 ou menos.

[0041]. Na presente invenção, cada elemento constituinte cai dentro da faixa acima e satisfaz a relação (1), de modo que não apenas a ausência pode ser evitada, mas também possam ser alcançados excelente capacidade de espalhamento úmido, inibição do crescimento de um composto intermetálico na interface de ligação e otimização do modo de fratura após um teste de resistência ao cisalhamento.

Equilíbrio: Sn

[0042]. O saldo da liga de solda na presente invenção é Sn. Além dos elementos acima descritos, impurezas inevitáveis podem estar contidas. Mesmo no caso de conter uma impureza inevitável, os efeitos acima não são afetados. Além disso, como descrito mais adiante, mesmo em um caso em que um elemento que de preferência não está contido na presente invenção está contido como uma impureza inevitável, o efeito acima descrito não é afetado.

Elemento opcional

[0043]. A liga de solda na presente invenção pode conter, além das descritas acima, 0,1% ou menos de pelo menos um de Mg, Ti, Cr, Mn, Fe, Ga, Zr, Nb, Pd, Pt, Au, La e Ce no total. Mesmo no caso em que esses elementos estão contidos em uma quantidade de 0,1% ou menos no total, a liga de solda na presente invenção pode exercer os efeitos descritos acima da presente invenção.

[0044]. O total do conteúdo destes elementos é preferencialmente 0,1% ou menos, mais preferencialmente 0,09% ou menos, ainda mais preferencialmente 0,05% ou menos, ainda mais preferencialmente 0,03% ou menos e mais preferencialmente 0,02% ou menos. O teor de cada elemento não é particularmente limitado, mas, para trazer suficientemente os efeitos descritos acima, o teor de Mg é preferencialmente de 0,0003 a 0,02%.

[0045]. O teor de Ti é preferivelmente de 0,005 a 0,03%. O teor de Cr é preferivelmente de 0,002 a 0,03%. O teor de Mn é preferivelmente de 0,001 a 0,02%. O teor de Fe é preferivelmente de 0,005 a 0,02%. O teor de Ga é preferivelmente de 0,005 a 0,09%. O teor de Zr é preferivelmente de 0,001 a 0,01%.

[0046]. O teor de Nb é preferivelmente de 0,003 a 0,006%. O teor de Pd é preferivelmente de 0,002 a 0,05%. O teor de Pt é preferivelmente de 0,002 a 0,05%. O teor de Au é preferencialmente de 0,006 a 0,09%, e o teor de La é preferencialmente de 0,001 a 0,02%. O teor de Ce é preferivelmente de 0,004 a 0,006%. Relação (2) 0,001<(Ni/Co)x(1/Ag)xGe<0,15 (2)

[0047]. Na relação (2), cada um de Ni, Co, Ag e Ge representa o teor (% em massa) na composição da liga. Além disso, o centro da relação (2), ou seja, (Ni/Co)x(1/Ag)xGe, pode ser referido como “a expressão (2)” a seguir.

[0048]. A liga de solda na presente invenção satisfaz preferencialmente a relação (2). Em um caso em que a relação (2) é satisfeita, o balanço de teores de Ni, Co, Ag e Ge é otimizado de forma que a melhoria da capacidade de umedecimento, a inibição do crescimento de uma camada de composto intermetálico na interface de ligação e a otimização do modo de fratura pode ser planejado.

[0049]. Na soldagem ao eletrodo de Cu, Cu6Sn5 é formado na interface de ligação. No caso em que a solda contém Ni, o Ni forma uma solução sólida com Cu6Sn5 formado na interface de ligação para formar (Cu, Ni)6Sn5. Devido a esse fenômeno, a estrutura do cristal é distorcida e o Cu é impedido de difundir da camada de Cu para a liga de solda.

[0050]. Além disso, Ge e Co formam uma solução sólida com Ni de (Cu,Ni)6Sn5 formado na interface de ligação para distorcer ainda mais a estrutura cristalina, impedindo assim o movimento de Cu no composto. Assim, o Cu é impedido de difundir da camada de Cu para a liga de solda, e o crescimento de uma camada de composto intermetálico é mais impedido do que nas ligas de solda convencionais.

[0051]. Além disso, em um caso em que o teor de Ag e Co é apropriado, a capacidade de umedecimento é melhorada e a resistência da liga de solda é ajustada para evitar a fratura na interface de ligação, otimizando assim o modo de fratura. Enquanto a resistência da liga de solda é melhorada pela formação de Ag3Sn devido a Ag e pelo refinamento da estrutura da liga devido a Co, em um caso em que Ag, Co e similares estão contidos em bom equilíbrio, a força da liga de solda é ajustado de modo que o modo de fratura não seja deslocado para a interface de ligação. Devido à natureza das ligas, a quantidade depositada de Ag3Sn da liga de solda na presente invenção pode depender direta ou indiretamente do equilíbrio desses elementos, além do teor de Ag dentro da faixa descrita acima.

[0052]. Como descrito acima, em um caso em que a liga de solda na presente invenção possui o teor de cada elemento constituinte dentro da faixa descrita acima e satisfaz não apenas a relação (1) mas também a relação (2), a melhoria da capacidade de umedecimento, inibição do crescimento de uma camada de composto intermetálico na interface de ligação e a otimização do modo de fratura pode ser pretendida. Em particular, o crescimento de um composto intermetálico pode ser suficientemente impedido.

[0053]. Em termos do limite inferior, a expressão (2) é preferencialmente maior que 0,001, mais preferencialmente 0,00118 ou mais, 0,00147 ou mais, 0,00235 ou mais, 0,00294 ou mais, 0,00500 ou mais, 0,00700 ou mais, 0,00941 ou mais.

[0054]. Em termos do limite superior, a expressão (2) é preferencialmente inferior a 0,15, mais preferencialmente 0, 14706 ou inferior, 0,11765 ou inferior, 0,09412 ou inferior, 0,05822 ou inferior, 0,04706 ou inferior, 0,0176 ou inferior.

1. In

[0055]. A liga de solda na presente invenção preferencialmente não contém In. Se In estiver contido, existe o medo de que a capacidade de umedecimento seja reduzida e ocorra uma fratura nas proximidades da interface de ligação após um teste de resistência ao cisalhamento.

2. Esfera de solda

[0056]. A liga de solda na presente invenção pode ser usada como uma esfera de solda. A esfera de solda na presente invenção pode ser usada para a formação de um eletrodo ou substrato de um pacote de semicondutores, como um BGA (conjunto de grade de esferas). O diâmetro da esfera de solda na presente invenção é de preferência de 1 μm a 1.000 μm. A esfera de solda pode ser fabricada por um método típico para fabricar uma esfera de solda.

3. Pré-forma de solda

[0057]. A pré-forma de solda na presente invenção pode ser utilizada na forma de uma placa, uma forma de anel, uma forma cilíndrica ou uma linha de solda enrolada uma ou mais voltas.

4. Pasta de solda

[0058]. A liga de solda na presente invenção pode ser usada como uma pasta de solda. A pasta de solda é obtida misturando um pó de liga de solda com uma pequena quantidade de fluxo para formar uma pasta. A liga de solda na presente invenção pode ser utilizada como uma pasta de solda para montar um componente eletrônico em uma placa de circuito impresso por um método de solda por refluxo. O fluxo usado para a pasta de solda pode ser um fluxo solúvel em água ou um fluxo insolúvel em água. É normalmente usado um fluxo de resina, que é um fluxo insolúvel em água à base de resina.

5. Junta de solda

[0059]. A junta de solda na presente invenção estabelece uma conexão entre um chip IC e um substrato (interposer) de um pacote de semicondutores ou estabelece uma conexão ligando um pacote de semicondutores a uma placa de fiação impressa. Mais especificamente, a junta de solda na presente invenção refere-se a uma porção de conexão de um eletrodo e pode ser formada usando condições típicas de solda.

EXEMPLOS

[0060]. As ligas de solda com as composições de liga mostradas na Tabela 1 e na Tabela 2 foram preparadas e avaliadas quanto à ausência, espalhamento úmido, crescimento de um composto intermetálico após a soldagem e um modo de fratura após um teste de resistência ao cisalhamento.

Ausente

[0061]. Primeiro, uma esfera de solda com um diâmetro de 0,6 mm foi fabricada a partir de cada uma das ligas de solda acima. A esfera de solda fabricada foi deixada em banho de temperatura constante (fabricada pela ESPEC CORP.: PHH-101M) mantida a 150 °C por 168 horas. A esfera de solda após a partida foi soldada a um substrato com uma espessura de 1,2 mm e um tamanho de eletrodo de 0,5 mm de diâmetro (Cu-OSP). O número de esferas de solda soldadas foi 5.

[0062]. Quanto às condições de soldagem, um fluxo (fabricado pela SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD.: WF-6400) foi aplicado a um eletrodo e a soldagem foi realizada usando um equipamento de refluxo (fabricado pela SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD .: SNR-615) sob um perfil de refluxo com temperatura de pico de 245 °C e taxa de resfriamento de 2 °C/s. Após o refluxo, o número de desaparecidos que não foram soldados foi confirmado visualmente.

[0063]. A classificação foi “A” em um caso em que o número de desaparecidos é 0 e, caso contrário, a classificação foi “C”.

Espalhamento úmido

[0064]. Uma amostra perfurada de cada uma das ligas de solda acima para uma dimensão de 2 mm x 2 mm x t0,15 mm foi fabricada. Um fluxo (fabricado pela SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD.: WF-6400) foi aplicado a um material de placa de Cu tratado com OSP, e a amostra perfurada foi montada e soldada.

[0065]. Quanto às condições de soldagem, a soldagem foi realizada usando um aparelho de refluxo (fabricado pela SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD .: SNR-615) sob um perfil de refluxo com temperatura de pico de 245 °C e taxa de resfriamento de 2 °C/s. Após o refluxo, a área úmida/espalhada foi medida usando um microscópio digital (fabricado pela Keyence Corporation: VHX-6000).

[0066]. A classificação foi “A” em um caso em que a área molhada/espalhada é de 6 mm2 ou mais e foi “C” em um caso em que é inferior a 6 mm2.

Crescimento do composto intermetálico após solda

[0067]. Uma amostra perfurada de cada uma das ligas de solda acima para uma dimensão de 5 mm x 5 mm x t0,15 mm foi fabricada. Um fluxo (fabricado pela SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD.: WF-6400) foi aplicado a um material de placa de Cu tratado com OSP, e a amostra perfurada foi montada e soldada.

[0068]. Quanto às condições de soldagem, a soldagem foi realizada usando um aparelho de refluxo (fabricado pela SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD.: SNR-615) sob um perfil de refluxo com temperatura de pico de 245 °C e taxa de resfriamento de 2 °C/s. A amostra após o refluxo foi deixada em banho de temperatura constante (fabricado pela ESPEC CORP.: PHH-101M) mantida a 150 °C por 235 horas.

[0069]. A amostra após o tratamento térmico foi observada em seção transversal usando um microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo (fabricado pela JEOL Ltd.: JSM-7000F). A porção de observação era uma camada composta intermetálica formada na interface de ligação com a placa de Cu. Uma imagem obtida pela observação transversal foi analisada usando um software de análise de imagem (fabricado pela Seika Corporation Co., Ltd.: Escândio) e a espessura da camada de composto intermetálico foi medida.

[0070]. A classificação foi “AA” no caso em que a espessura da camada de composto intermetálico é de 3,4 μm ou menos, foi “A” em um caso em que é superior a 3,4 μm e 3,6 μm ou menos e foi “C” em um caso em que exceda 3,6 μm.

Modo de fratura após teste de resistência ao cisalhamento

[0071]. Primeiro, uma esfera de solda com um diâmetro de 0,6 mm foi fabricada da mesma maneira que na avaliação ausente. A esfera de solda foi soldada a um substrato com uma espessura de substrato de 1,2 mm e um tamanho de eletrodo de 0,5 mm de diâmetro (Cu-OSP).

[0072]. Quanto às condições de soldagem, um fluxo (fabricado pela SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD.: WF-6400) foi aplicado a um eletrodo e a soldagem foi realizada usando um aparelho de refluxo (fabricado pela SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD .: SNR-615) sob um perfil de refluxo com temperatura de pico de 245 °C e taxa de resfriamento de 2 °C/s. A amostra fabricada foi submetida a um teste de resistência ao cisalhamento nas condições de uma taxa de cisalhamento de 1.000 mm/s em um dispositivo de medição de resistência ao cisalhamento (fabricado pela Nordson Dage: SÉRIE 4000HS). A amostra após o teste de resistência ao cisalhamento foi observada em um microscópio digital (fabricado pela Keyence Corporation: VHX-6000) para determinar o modo de fratura.

[0073]. A classificação foi “A” no caso em que uma fratura é observada na liga de solda e foi “C” no caso em que uma fratura é observada na camada de composto intermetálico formada na interface de ligação.

[0074]. Os resultados da avaliação são mostrados na Tabela 1 e na Tabela 2. Tabela 1 Tabela 2 O sublinhado ind ica que o va or está fora da faixa da presenl te invenção.

[0075]. Como é evidente na Tabela 1 e Tabela 2, todos os Exemplos 1 a 37, onde os elementos constituintes estão dentro do escopo da presente invenção e satisfazem a relação (1), mostraram os resultados de que uma ausência não ocorre, excelente espalhamento úmido é exibido, o crescimento de um composto intermetálico após a soldagem é inibido e o modo de fratura após o teste de resistência ao cisalhamento é apropriado. Além disso, entende-se que, como os Exemplos diferentes dos Exemplos 9, 20 e 23 também satisfazem a relação (2), o crescimento da IMC é suficientemente inibido, mesmo após a soldagem.

[0076]. Por outro lado, no Exemplo Comparativo 1, onde o teor de Sb é pequeno, um composto intermetálico cresceu após a soldagem. No Exemplo Comparativo 2, onde o teor de Sb é grande, o espalhamento úmido foi fraco e, ao mesmo tempo, uma fratura nas proximidades da interface de ligação foi confirmada após o teste de resistência ao cisalhamento.

[0077]. No Exemplo Comparativo 3, onde o teor de Bi é pequeno e a relação (1) não é satisfeito, ocorreu uma ausência e um composto intermetálico cresceu após a soldagem. No Exemplo Comparativo 4, onde o teor de Bi é grande, uma fratura nas proximidades da interface de ligação foi confirmada após o teste de resistência ao cisalhamento.

[0078]. No Exemplo Comparativo 5, onde o teor de Ni é pequeno, um composto intermetálico cresceu após a soldagem e, ao mesmo tempo, uma fratura nas proximidades da interface de ligação foi confirmada após o teste de resistência ao cisalhamento. No Exemplo Comparativo 6, onde o teor de Ni é grande, o espalhamento úmido foi ruim.

[0079]. No Exemplo Comparativo 7, onde o teor de Co é grande, o umedecimento / espalhamento era fraco e, ao mesmo tempo, uma fratura nas proximidades da interface de ligação foi confirmada após o teste de resistência ao cisalhamento.

[0080]. No Exemplo Comparativo 8, onde o teor da Ge é pequeno, ocorreu uma ausência. No Exemplo Comparativo 9, onde o teor de Ge é grande, o espalhamento úmido era ruim e, ao mesmo tempo, uma fratura nas proximidades da interface de ligação foi confirmada após o teste de resistência ao cisalhamento.

[0081]. Nos Exemplos Comparativos 10, 12 e 13, onde a relação (1) não é satisfeito, ocorreu uma ausência. No Exemplo Comparativo 11, onde a relação (1) não é satisfeita e In está contida, ocorreu uma ausência, espalhamento úmido ruim, e uma fratura nas proximidades da interface de ligação foi confirmada após o teste de resistência ao cisalhamento.

[0082]. A relação (1) é ainda descrita com referência à FIG. 1 e FIG. 2 obtidos a partir dos resultados da Tabela 1 e Tabela 2. A FIG. 1 é um diagrama que ilustra a relação entre a expressão (1) na liga de solda na presente invenção e os Exemplos. A FIG. 2 é um diagrama ampliado da FIG. 1 indicando a faixa de 40 a 70 na abcissa da FIG. 1. Na FIG. 1, uma linha sólida representa o valor da expressão (1), um “círculo preto” representa os Exemplos 1 a 37 e um “círculo branco” representa os Exemplos Comparativos 3 e 10 a 13. Além disso, na FIG. 2, uma linha sólida representa o valor da expressão (1), cada círculo preenchido representa o Exemplo 11 e o Exemplo 22 e cada círculo aberto representa o Exemplo Comparativo 3 e 10 a 13.

[0083]. Como é evidente nas duas figuras, foi revelado que os Exemplos Comparativos presentes na região cercada pelo eixo (Bi/Sn), eixo ((Ge/Sn)+(Bi/Ge)) e pela linha que indica a expressão (1) não satisfazem a relação (1) e, portanto, ocorreu uma ausência nesses Exemplos Comparativos. Em particular, como aparente na FIG. 2, é visto que no Exemplo Comparativo 13, a relação (1) não é satisfeito e, portanto, ocorreu uma ausência, embora os requisitos para cada elemento constituinte da presente invenção sejam satisfeitos. Por conseguinte, é entendido a partir da FIG. 1 e FIG. 2 que, em um caso em que a relação (1) seja satisfeito, pelo menos a ausência possa ser evitada.

[0084]. Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhes e com referência a modalidades específicas da mesma, será evidente para um especialista na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas nela sem se afastar do espírito e do escopo da mesma.

[0085]. Este pedido é baseado no Pedido de Patente Japonesa No. 2019-60504 depositado em 27 de março de 2019, cujo assunto inteiro é incorporado aqui por referência.

Claims (7)

1 LIGA DE SOLDA caracterizada pelo fato de que é uma composição de liga consistindo em % de massa de Ag: de 3,2 a 3,8%, Cu: de 0,6 a 0,8%, Ni: de 0,01 a 0,2%, Sb: de 2 a 5,5%, Bi: de 1,5 a 5,5%, Co: de 0,001 a 0,1% e Ge: de 0.001 a 0.1%, e opcionalmente pelo menos um dentre Mg, Ti, Cr, Mn, Fe, Ga, Zr, Nb, Pd, Pt, Au, La e Ce: 0,1% ou menos no total, com o balanço sendo Sn e impurezas inevitáveis, em que a composição da liga satisfaz a seguinte relação (1): 2,93<{(Ge/Sn)+(Bi/Ge)}x(Bi/Sn) (1) em que na relação (1), cada um de Sn, Ge e Bi representa o teor (% em massa) na composição da liga.

2 LIGA DE SOLDA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição de liga consiste em % de massa de Ag: de 3,2 a 3,8%, Cu: de 0,6 a 0,8%, Ni: de 0,01 a 0,2%, Sb: de 2 a 5,5% , Bi: de 1,5 a 5,5%, Co: de 0,001 a 0,1% e Ge: de 0,001 a 0,1%, com o balanço sendo Sn e impurezas inevitáveis.

3 LIGA DE SOLDA, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a composição de liga satisfaz a seguinte relação (2): 0.001<(Ni/Co)x(1/Ag)xGe<0.i5 (2) em que na relação (2), cada um de Ni, Co, Ag e Ge representa o teor (% em massa) na composição da liga.

4 ESFERA DE SOLDA caracterizada pelo fato de que compreende a liga de solda tal como definida por uma das reivindicações 1 a 3.

5 PRÉ-FORMA DE SOLDA caracterizada pelo fato de que compreende a liga de solda tal como definida por uma das reivindicações 1 a 3.

6 PASTA DE SOLDA caracterizada pelo fato de que compreende a liga de solda tal como definida por uma das reivindicações 1 a 3.

7 JUNTA DE SOLDA caracterizada pelo fato de que compreende a liga de solda tal como definida por uma das reivindicações 1 a 3.