CN102848095A - 接合材料、接合部及电路基板 - Google Patents

接合材料、接合部及电路基板 Download PDF

Info

Publication number
CN102848095A
CN102848095A CN2012103010538A CN201210301053A CN102848095A CN 102848095 A CN102848095 A CN 102848095A CN 2012103010538 A CN2012103010538 A CN 2012103010538A CN 201210301053 A CN201210301053 A CN 201210301053A CN 102848095 A CN102848095 A CN 102848095A
Authority
CN
China
Prior art keywords
brazing material
weight
conductive adhesive
composition
curing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012103010538A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102848095B (zh
Inventor
山口敦史
西川和宏
宫川秀规
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN102848095A publication Critical patent/CN102848095A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102848095B publication Critical patent/CN102848095B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/321—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by conductive adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B23K35/025—Pastes, creams, slurries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/264—Bi as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3612—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with organic compounds as principal constituents
    • B23K35/3613—Polymers, e.g. resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3612—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with organic compounds as principal constituents
    • B23K35/3618—Carboxylic acids or salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/362—Selection of compositions of fluxes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3485—Applying solder paste, slurry or powder
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31678—Of metal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本发明提供钎焊材料、焊膏及导电性粘接剂，该钎焊材料能够在安装电子零件时实现更低的安装温度。钎焊材料含有具有由Sn、Bi及In组成的基本组成的钎焊材料而成。钎焊材料还可以含有选自Cu、Ge及Ni组的至少一种金属。通过对该发明的钎焊材料配合助焊剂成分，得到能够低温安装的焊膏。通过对该发明的钎焊材料配合树脂成分，得到能够低温安装的导电性粘接剂。

Description

接合材料、接合部及电路基板
本申请是申请号为200780028965.X、申请日为2007年8月3日、发明名称为接合材料、接合部及电路基板的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及钎焊材料，该钎焊材料用于电子电路基板上的零件安装或布线形成。
背景技术
目前，用于安装电子零件的接合材料通常使用Sn-Pb类钎焊材料，尤其是具有63Sn-37Pb共晶组成(Sn63重量％及Pb37重量％的组成)的Sn-Pb共晶钎焊材料。
图1为表示使用Sn-Pb类钎焊材料的接合结构的构成的概要图。图1中，电子零件电极2和电子电路基板的焊盘3通过Sn-Pb类钎焊材料1被接合。焊盘3的构成成分为Cu。在Sn-Pb类钎焊材料1和焊盘3的接合界面形成有Cu-Sn化合物层4，从而将电子零件电极2向电子电路基板安装。
但是，近年来，在电子零件安装中，对提高钎焊部的机械强度或提高撞击强度等可靠性特性的要求越来越高。
另一方面，随着对地球环境保护的关注，对电子电路基板等产业废弃物的处理的法规也正在进行，铅也正在成为世界范围的限制对象。
于是，接合材料也正在谋求从Sn-Pb类钎焊材料向不含铅的钎焊材料、所谓的无铅焊料过渡。在以两种金属为主要成分的无铅焊料的例子中，作为共晶型合金材料的材料，有Sn-Ag类钎料(专利文献1、专利文献2)。
但是，Sn-Ag类钎料的融点与Sn-Pb类钎焊材料的融点(约183℃)相比大约高30～40℃，随之，钎焊温度也比使用Sn-Pb类钎焊材料高。因此，当使用Sn-Ag类钎料时，往往发生安装电子零件时的安装温度达到电子零件的耐热高度以上的现象，在这种情况下，存在对电子零件可造成损伤的问题。
于是，为了减轻或防止电子零件的热损伤，作为替代这种钎焊材料的材料，固化温度与无铅焊料的融点相比较低的导电性粘接剂备受关注(专利文献3)。
专利文献1：(日本)特许第3027441号说明书
专利文献2：(美国)特许第5520752号说明书
专利文献3：(日本)特开平10-163605号公报
一般的导电性粘接剂在热固化性树脂中分散含有作为导电性填料的Ag填料粒子。在使用这种导电性粘接剂接合电子零件或形成布线的情况下，导电性粘接剂固化形成的接合部或布线部分具有体积电阻率产生偏差的倾向。另外，其体积电阻率具有比体金属或Sn-Pb类钎焊材料的体积电阻率高的倾向。
有关这种体积电阻率的偏差或上升，可考虑是由于在固化后的导电性粘接剂中形成导通路径的Ag填料粒子的形状及方向引起的。Ag填料粒子通常具有小尺寸的片状或棒状的形状。对一个填料的三维的形状来说，当设具有最大尺寸的长度(以下，也称作“最大长度”)的方向为长轴方向(例如，假设为z轴方向)时，在相对该长轴方向正交的任一个的方向(与所述z轴正交的x-y平面内的任一个方向)上，具有比所述最大长度小很多的尺寸，例如为最大长度的1重量％以下、0.1重量％以下或0.01重量％以下的尺寸的长度(以下，也称作“最小长度”)，即具有非常大的纵横比。
图2示意性表示显微镜观察的通过现有的导电性粘接剂接合电子零件的电极2和电子电路基板的焊盘3接合时的接合部的剖面图。在固化后的导电性粘接剂中，Ag填料粒子被分散成基本上其长轴方向朝向三维的所有方向。电极2和焊盘3之间的导通路径通过邻接的Ag填料粒子彼此接触，且该相接触的Ag填料粒子通过进一步延长接触点，并在电极2和焊盘之间架桥且电联络而形成。
该情况下，由于Ag填料粒子彼此以点或比较小的面积的面接触，难以确保稳定的接触面积，所以Ag填料粒子彼此的电导通与通过Sn-Ag类钎料或体金属形成接合部时的电导通相比，不太好。
另外，形成接合部的导电性粘接剂的Ag填料粒子整体中，在有助于导通路径的形成小，但比例相对大的情况下，其接合部的体积电阻率与使用体金属或Sn-Pb类钎料时的体积电阻率相比更高。为此，被认为是通过导电性粘接剂形成的接合部或布线部的体积电阻率产生偏差或体积电阻率上升。
如上所述，由于存在接合部或布线部的体积电阻率偏差或上升的倾向，所以导电性粘接剂的用途受到限定。
发明内容
本发明以提供解决了这种课题的钎焊材料及导电性粘接剂为目的。
作为本发明的第一方面发明，提供一种钎焊材料，该钎焊材料的特征在于具有由Sn、Bi及In组成的基本组成。该发明的钎焊材料可以显示120℃或其以下、优选110℃以下、特别优选100℃以下的低融点。尤其是，由于钎焊材料不含Ag，所以尤其能够实现低的融点。
作为本发明的第二方面发明，提供一种焊膏，该焊膏除具有由Sn、Bi及In组成的基本组成的钎焊材料外，还含有助焊剂成分。该发明的焊膏如上所述由于含有显示120℃或其以下的低的融点钎焊材料，所以能够实现120℃或其以下的低的接合温度。
作为本发明的第三方面发明，提供一种导电性粘接剂，该导电性粘接剂除具有由Sn、Bi及In组成的基本组成的钎焊材料外，还含有助焊剂成分及树脂成分。该发明的导电性粘接剂如上所述由于含有显示100℃以下的低的融点的钎焊材料，所以能够实现120℃或其以下的低的接合温度。通过适宜选择所使用的树脂，导电性粘接剂的接合温度也能够设定在120℃或其以下的低的温度。
有关本发明的各方面发明，钎焊材料作为基本组成具有Sn-Bi-In的三元类合金。这是基于发现除Sn之外，与单独含有Bi或In的情况相比，分别以规定的比例含有Bi及In两者时，在使用该钎焊材料形成接合部后，同时达到更高的可靠性和低融点化，故优选。因此，通过以Sn-Bi-In三元类合金为基本组成，上述合金作为钎焊材料能够实现低融点化及提高延伸特性。
当钎焊材料以规定比例含有Bi时，尤其能够提高在钎焊材料固化后得到的合金的韧性。当合金的韧性提高时，该合金的接合部的延伸特性(或延展性)提高，接合部得到高的可靠性。因此，通过使用本发明的钎焊材料，能够同时实现接合部的高的可靠性和低融点化。Bi含量的下限为50重量％以上，优选52重量％以上，更优选55重量％以上，更优选58重量％以上，特别优选58.5重量％以上。另外，Bi含量的上限为70重量％以下，优选65重量％以下，更优选55重量％以下。之所以设Bi含量的下限值为50重量％，是因为当Bi含量小于50重量％时，低融点化的效果不能够充分得到。另外，之所以设Bi含量的上限值为70重量％，是因为当Bi含量超过70重量％时，提高延伸特性的程度下降。
当钎焊材料以规定的比例含有In时，尤其能够提高钎焊材料在固化后得到的合金的韧性。当合金的韧性提高时，该合金的接合部的延伸特性(或延展性)提高，接合部得到高的可靠性。因此，通过使用本发明的钎焊材料，能够同时实现接合部的高的可靠性和低融点化。In含量的下限为10重量％以上，优选15重量％以上，更优选17.5重量％以上。另外，In含量的上限为25重量％以下，优选24.5重量％以下，更优选24重量％以下。另外，根据情况，也可以设In含量的上限为15.5重量％，设下限为比该值更小的数值，例如10重量％。之所以设In含量的下限值为10重量％，是因为当In含量小于10重量％时，低融点化的效果不能够充分得到。另外，之所以设In含量的上限值为25重量％，是因为当In含量超过25重量％时，提高延伸特性的程度下降。
有关本发明钎焊材料的基本组成，发现了与单独含有Bi或In的情况相比，分别以规定的比例含有Bi及In两者的情况，由于在接合部同时得到高的可靠性和低融点化，故优选。具体而言，当设基本组成中的In含量的重量％值为[In]，设Bi含量的重量％值为[Bi]，Sn含量的重量％值为[Sn]时，本发明的钎焊材料最理想的是具有50.0≤[Bi]≤70.0、及10.0≤[In]≤24.5、以及余量为[Sn]的组成。
作为本发明钎焊材料优选的一个方式，关注基本组成中In含量[In]及Bi含量[Bi]，在取[In]为纵轴、取[Bi]为横轴，描绘以[In]为[Bi]的函数的曲线的情况下，在10.0≤[In]≤24.5及50.0≤[Bi]≤70.0的区域(A)、和式(1)：
5[Bi]+3[In]≥291…(1)
所示的区域(B)重合的区域中，含有In含量[In]及Bi含量[Bi]的情况下，发明者发现了作为本发明的钎焊材料最合适。该情况下，余量也为
[Sn]。
图5表示该考虑方法的曲线。
在图5所示的曲线上，由长方形的框围住的区域为上述的区域(A)。另外，图5所示曲线表示的直线为式(2)：
5[Bi]+3[In]＝291…(2)
表示的、以[In]为[Bi]的函数表示的曲线。该式(2)所示的直线如上所述，在以下的实施例的部分通过试验得到。
发明者发现将[In]及[Bi]含于式(2)所示的直线右上侧的区域的例子(本发明的实施例)与含于式(2)所示的直线左下侧的区域的例子(本发明的比较例)相对比时，显示更好的特性。因此，作为一种方式的本发明钎焊材料的基本组成的理想的区域在图5所示的曲线上，也可以表现为在由长方形的框包围的区域(A)和式(1)：
5[Bi]+3[In]≥291…(1)
所示的区域(B)重合的区域中，有时含有[In]及[Bi]。
如上所述，在钎焊材料具有Sn-Bi-In三元类合金的组成的情况下，在将其组成的Bi及In的含量规定为特定的数值时，注意到其余量实质上成为Sn含量。在此，所谓表现为“实质上”，是指用于钎焊材料的实际使用的材料可分别以规定的程度含杂质，因此有时三成分含量的总和不一定达到100％的情况的意思。
本发明的钎焊材料除上述的基本组成外，还可以含有选自Cu、Ge及Ni族的至少一种金属。添加Cu、Ge及Ni的目的在于提高合金的机械特性。
钎焊材料中的Cu含量优选0.1～1.0重量％的范围，更优选0.5～0.7重量％的Cu含量。之所以设钎焊材料中的Cu含量为0.1～1.0重量％，是因为如果为少于0.1重量％的少量，则不认为对其机械特性有好的效果，当超过1.0重量％时，则合金显示进一步变脆的倾向，不利于机械特性。
钎焊材料中的Ge含量优选0.001～0.1重量％的范围，更优选0.001～0.01重量％的Ge含量。之所以设钎焊材料中的Ge含量为0.001～0.1重量％，是因为如果为少于0.001重量％的少量，则不认为对其机械特性有好的效果，当超过0.1重量％时，则合金的融点急剧上升。
向钎焊材料中添加Ni的目的在于抑制Sn氧化。钎焊材料中的Ni含量优选0.001～0.1重量％的范围，更优选0.005重量％以上，更优选0.01重量％以上，特别优选0.05重量％以上，即优选0.1重量％以下的范围。之所以设钎焊材料中的Ni含量为0.001～0.1重量％，是因为如果为少于0.01重量％的少量，则不认为对其抑制Sn氧化有好的效果，当超过1.0重量％时，则由于生成Ni氧化膜而导致融点上升，对抑制Sn氧化来说得不到好的效果。
这些钎焊材料可以使用具有各种粒子状形态的钎焊材料。例如，可以具有三维方向的尺寸相同大小的粒状或块状的形态、二维方向的尺寸具有比剩余的一维方向的尺寸大的尺寸的板状或盘状或片状的形态、一维方向的尺寸具有比其他二维方向的尺寸大的尺寸的棒状或针状或线状的形态。像这些各种粒子状形态的钎焊材料也分散在焊膏组成物或导电性粘接剂组成物中被使用。钎焊材料的平均粒径为5～30μm。
有关本发明第二及第三方面的发明，作为助焊剂成分，以JIS Z3283记载的松香或变性松香为主剂，根据希望作为活性化成分可以使用含有胺的卤盐、有机酸或胺有机酸盐的活性化成分。另外，助焊剂成分作为溶媒有时也含有C2～C3程度的醇类。焊膏中的钎焊材料和助焊剂成分的比例能够根据焊膏的用途、钎焊材料的组成、助焊剂成分的种类等从适宜的范围进行选择，通常相对于焊膏整体的重量，优选钎焊材料为85～95重量％，特别优选88～93重量％。这是由于钎焊材料的比例不足85重量％的话，则浸湿性变差，接合可靠性也变差，当超过95重量％时，则在助焊剂成分中不能充分进行混合。
有关本发明第三方面的发明，作为树脂成分可以使用本领域技术人员已知的各种固化性树脂，例如热固化性树脂、光固化性树脂、各种波长的电磁波的固化性树脂等。尤其是，由于使钎焊材料溶融，所以优选热固化性树脂。在本发明中，作为热固化性树脂，可以使用环氧类树脂、丙烯类树脂、石炭酸类树脂、聚(酰)亚胺类树脂、热固化性聚氨基甲酸酯类树脂、不饱和聚酯树脂等，但优选的热固化性树脂为环氧类树脂。环氧类树脂可以使用一液固化型、二液固化型等各种环氧树脂，但优选一液固化型的环氧树脂。另外，用于本发明的第一方面发明中的树脂成分为固化性树脂时，基本上在树脂成分中含有本领域技术人员已知的固化性树脂类(以需要量含有特定的固化性树脂及其固化所需的特定种类的固化剂等类)而被使用。
钎焊材料相对于导电性粘接剂组成物整体的重量比例，能够根据导电性粘接剂的用途、钎焊材料的种类、树脂成分的种类等从适宜的范围进行选择。但是，相对于导电性粘接剂组成物整体，优选钎焊材料为70～90重量％，特别优选80～85重量％。这是由于钎焊材料的比例不足70重量％的话，则固化后得不到充分的导电性，当超过90重量％时，则不能通过树脂充分包围导通路径的周围。
在利用第三方面发明的导电性粘接剂进行电子零件的接合或布线形成时，由于所使用的钎焊材料中不含在安装温度下不溶融的Ag填料粒子等金属材料，所以能够从根本上排除因不溶融的金属成分的粒子尺寸、形状及方向不同而导致接合部的体积电阻率发生变化的可能性。
另外，该钎焊材料可溶融的合金显示比现有的无铅焊料或Sn-Pb类钎焊材料低的融点，因此能够实现更低的安装温度。
图3示意性地表示显微镜观察的使用本发明第三方面发明的导电性粘接剂接合电极2和焊盘3时的接合部的剖面图。固化了的导电性粘接剂中的钎焊材料不残留使用前粒子状的形态，而在电极2和焊盘3之间，例如从焊盘3侧向电极2直到达到电极2形成导通路径，该导通路径连络延伸成将块状的块不规则地进行重叠。该导通路径被认为是分散在树脂中的钎焊材料的粒子因热溶融而成为液状，液状化了的钎焊材料彼此融合一体及相互连络，保持着流体可流通的流路的形状凝固，由此在树脂媒体中钎焊材料形成基于该流路形状的三维网络。因此，在该导通路径中，由于块状的块彼此不是以点或比较小的面积的面接触，而是通过基于液化了的钎焊材料的流路形状的三维网络形成，所以在电极2和焊盘3之间形成多个钎焊材料的充填密度非常高的导通路径。
如上所示，本发明的导电性粘接剂作为钎焊材料由于使用低融点合金，所以在导电性粘接剂的加热固化过程中，能够在比较低的温度下使钎焊材料自身溶融。该发明请导电性粘接剂，例如图3所示，在规定的焊盘3和电极2之间使用规定量时，以分散于树脂中的状态溶融了的钎焊材料彼此聚集成一体化，由此，实质上金属接合或形成金属结合，从而能够将焊盘3和电极2之间连络。其后，当使粘接剂固化时，能够得到通过由钎焊材料形成的合金的金属块(钢锭)形成的该导通路径。如上所示，导通路径实质上通过没有裂缝的金属块在焊盘3和电极2之间形成，因此通过使用本发明的导电性粘接剂，能够提供体金属排列且稳定的体积电阻率。
另外，在使用本发明的导电性粘接剂形成电子电路基板的布线时，图3中的电极2不存在，但通过将未固化的导电性粘接剂组成物以规定的式样涂覆于基板上并使之加热固化，由此溶融了的状态的钎焊材料按照其式样融为一体及相互连络，且保持着该形状固化，因此，与图3所示的例子相同，实质上在基板上形成没有裂缝的金属块的布线式样。因此，在该情况下，通过使用本发明的导电性粘接剂，也能够提供体金属排列且稳定的体积电阻率。
本发明还提供导电性粘接剂方面的发明，该导电性粘接剂其树脂成分作为第一成分含有固化性树脂，作为第二成分含有具有还原性的树脂。另外，作为该发明的导电性粘接剂，在树脂成分为具有还原性的树脂的情况，根据情况，树脂成分只具有还原性的树脂的方式。固化性树脂及钎焊材料可以使用与上述本发明的第一方面发明相同的材料。
例如，在使用导电性粘接剂安装电子零件的情况下，当在加热固化过程中加热钎焊材料的金属粒子时，根据情况，在钎焊材料粒子溶融之前，钎焊材料粒子表面就已经被氧化了，其结果是，在钎焊材料粒子的表面形成氧化膜。形成于钎焊材料粒子表面的氧化膜成为妨碍钎焊材料粒子溶融的一种保护膜，可妨碍钎焊材料在导电性粘接剂的加热固化过程中的规定的温度溶融。其结果是，经过加热固化过程后，可以剩下没有充分溶融的钎焊材料粒子。
这种情况下，当使用本发明的导电性粘接剂时，由于在导电性粘接剂中存在具有还原性的树脂成分，所以在加热固化过程中也能够将导电性粘接剂组成物内保持在一定程度还原性氛围气中。因此，实质上能够防止在在加热固化过程中在钎焊材料粒子的表面生成氧化膜。通过防止加热固化过程中的钎焊材料粒子表面的氧化，从而能够防止加热固化过程中的钎焊材料的溶融不良。
在一种实施方式中，具有还原性的树脂优选具有羧基的化合物，例如含有羧酸的化合物。通过在树脂中添加这样的化合物，除去低溶点金属的氧化膜(所以防止在低溶点金属的表面生成氧化膜)且容易溶融，因此可以发挥作为还原剂的作用。另外，这种化合物可以使用脂肪族羧酸、芳香族羧酸、脂环式羧酸等各种羧酸。作为这种化合物的例子，可以举出己二酸、烯酸、抗坏血酸、丙烯酸、柠檬酸、聚丙烯酸、苹果酸、庚二酸、软脂酸、十四(烷)酸、月桂酸、癸二酸、辛二酸、马来酸、琥珀酸、壬二酸、富马酸、戊二酸、丙二酸等。另外，羧酸优选Na、Ag、Cu、K等金属盐的方式。
在另一种实施方式中，作为第三树脂成分，有时优选含有有机化合物的树脂成分，该有机化合物含有金属。在常温下，金属不游离而稳定地与有机化合物化合或结合，但是一旦被加热，金属就从有机化合物成为游离或游离过程，游离出来的金属将促进树脂的固化反应。其结果是，能够在短时间内起到作为同时具有固化及保持稳定性的作用。另外，这样的金属优选Na、Ag、Cu及K族的至少一种。
在另外又一种实施方式中，含有金属的有机化合物有时优选含有羧基或氨基的有机化合物。在该情况下，在加热固化过程中作为源于羧基或氨基的还原剂的作用和作为源于含有金属的有机化合物的固化剂的作用相乘发挥，从而能够作为良好的还原剂起作用。
有关本发明的第三方面的发明，钎焊材料相对于导电性粘接剂组成物整体重量的重量比例可以与第二方面的发明的情况相同。在树脂成分中，第一树脂成分与第二树脂成分的重量比例优选90∶10～10∶90的范围，特别优选50∶50～80∶20的范围。另外，树脂成分相对于钎焊材料的比例优选20重量％以下。这是由于当超过20重量％时，作为还原剂及/或固化剂的作用其以上的变化不被认可。另外，为了上述的效果被认可，树脂成分的比例优选10重量％以上。另外，在第二树脂成分作为固化剂起作用的情况下，也能够减小用于第一树脂成分的固化剂的使用量。
本发明的钎焊材料的第一方面的发明通过采用具有由Sn、Bi及In组成的基本组成的钎焊材料，能够显示120℃或其以下的低的融点。而且，该钎焊材料在固化后能够显示至少80％或其以上，优选85％或其以上，更优选90％或其以上，特别优选95％或其以上的范围的非常大的延伸特性。因此，当使用本发明的钎焊材料时，实质上能够实现120℃或其以下的接合温度，从而实现安装温度。另外，由于在固化后显示大的延伸特性，所以能够形成应力大且可靠性高的接合部。
本发明的焊膏的第二方面的发明由于在上述第一方面发明的钎焊材料中添加助焊剂成分，所以能够实现120℃或其以下的接合温度，从而实现安装温度。另外，由于在固化后钎焊材料显示大的延伸特性，所以能够形成应力大且可靠性高的接合部。
本发明的导电性粘接剂的第三方面的发明由于在上述第一方面发明的钎焊材料中添加适量的树脂成分，所以能够实现120℃或其以下的接合温度及120℃左右的固化温度，从而实现120℃左右的安装温度。另外，由于在固化后钎焊材料显示大的延伸特性，所以能够形成应力大且可靠性高的接合部。
另外，钎焊材料由于在加热过程中充分溶融后固化，所以实质上能够通过没有裂缝的金属块形成导通路径。因此，使用本发明的钎焊材料的接合部含有本发明的焊膏及导电性粘接剂，能够实现体金属排列且稳定的体积电阻率。
本发明的导电性粘接剂通过在导电性粘接剂中配合具有还原性的树脂或固化剂成分(第二树脂成分)，能够防止在加热固化过程中氧化低融点金属的溶融不良。另外，由于通过添加第二树脂成分，能够使低融点的合金在其融点充分溶融，所以该导电性粘接剂能够在比较低的安装温度下使用。
附图说明
图1是表示现有的电子零件电极构成的概要图；
图2是表示现有的导电性粘接剂固化后的Ag填料结构的示意图；
图3是表示本发明的导电性粘接剂固化后的钎料结构的示意图；
图4是重复弯曲强度试验的说明图；
图5是取In含量[In]为纵轴、Bi含量[Bi]为横轴，基于[In]及[Bi]表示实施例及比较例的组成的曲线。
附图标记说明
1  Sn-Pb类钎料
2  零件电极
3  电子电路基板的焊盘
4  CuSn化合物层
5  Ag填料
6  溶融及凝固后的钎焊材料
具体实施方式
(第一实施方式)
在本发明的第一方式中，对分别具有与表1的实施例1～20及比较例1～6对应的组成的钎焊材料测定了钎料的融点及延伸率。
对融点通过示差热分析装置进行了测定。
对延伸率依据JIS Z2241(金属材料拉伸试验方法)进行了测定。延伸率(％)的值为JIS Z2241中的截断延伸率(％)的测定值。
另外，利用与上述各实施例对应的组成的钎料制作成焊膏。另外，钎焊材料可以使用在工业上通常能够得到的粉末或片状的金属粒子。制备了在钎焊材料90％重量中配合了10％重量的助焊剂(松香类助焊剂)的焊膏。
(重复弯曲强度的测定)
另外，对重复弯曲强度如下所示进行了测定。如图4的左图所示，准备具有相互对应的接点的二枚挠性基板(厚0.08mm、长30mm、宽20mm)，设挠性基板的重合量(接合部的长度)为5mm，在一方的挠性基板的接点部分适量刷上本发明的焊膏。然后，在使对应的接点彼此对置并重合后，将钎焊峰值温度设为融点+10℃，随着确保融点以上20秒的加热过程进行加热处理，将两枚挠性基板进行接合。
在两枚挠性基板的接合部之上设置R(半径)＝1.0mm的不锈钢棒，从上方挤压接合部固定后，如图4左图所示，反复进行将上侧的基板从向延长下侧基板的端部的方向延伸的水平方向的姿势向将由该棒挤压着的部分为支点大致垂直向上的方向的姿势(图4右图)弯曲后，再次向水平的姿势返回的弯曲拉伸。将弯曲拉伸的一个往复的动作计为一次。反复进行弯曲拉伸直到接合部发生断裂，表1表示直到被确认断裂的次数。另外，还对每种钎料成分的延伸率进行了研究。
由表1可知，通过在Sn中添加Bi及In，与现有的Sn-Bi或Sn-In相比，重复弯曲强度提高。另外，通过添加Cu、Ge、Ni，溶融温度稍有降低，机械强度也提高。
如上所示，之所以重复弯曲强度提高，是因为在本发明的范围内，合金的延伸率显著提高。这是被称为超塑性的现象。不发生超塑性的现象的低温钎料机械强度比较低，在实用化方面，强度提高是课题，但低温钎料通过选择延伸率显著提高的组成范围，也能够使机械特性飞跃提高。因此，能够形成应力强且可靠性高的接合部。
(表1)钎料成分和接合特性(钎料∶助焊剂：＝90wt％∶10wt％)
[表1]
Figure BDA00002042816900131
在图5中，将与上述表1的实施例1～14的各例对应的点(表的第2列所示的点a～n)分别记为○记号的点a～n表示，同样将与表1的比较例1～6的各例对应的点分别记为×记号的点p～u表示。○记号的组成为在固化后同时实现至少80％或其以上的延伸率特性和120℃或其以下的低的融点的两个特性的组成。与此相反，×记号的组成为虽然实现了低融点或延伸特性的任一方，但没有实现另一方的组成。另外，实施例15～20由于含有基本组成之外的第四成分，所以图5没有表示。点a～n全部收容于上述的10.0≤[In]≤24.5及50.0≤[Bi]≤70.0的范围的长方形的区域(A)中。另外，点p～u均不包含在区域(A)中。
在此，发明者发现本发明的钎焊材料理想的是具有Sn-Bi-In三元组成，并以规定的比例含有Bi及In两者；图5能够捕捉到点p～u位于具有一定的斜率的直线上的点的群且能够捕捉到点a～f及点j也位于具有一定的斜率的直线上的点的群。即，可以理解为Sn-Bi-In三元组成中[Bi]及[In]之和优选为规定的值以上。上述式(1)为基于这样的考虑方法求出的式子。
另外，表示与比较例1～6对应的组成的点p～u存在的直线的式子可以通过最小二乘法求出：
5[Bi]+3[In]＝286.5…(3)
因此有关本发明的钎焊材料的理想的基本组成的Bi含量[Bi]及In含量[In]也可以表现为不包含该直线(3)的范围，因此至少位于：
5[Bi]+3[In]＞286.5…(4)
的范围。上述区域(A)和上述式(1)所示的区域重合的范围包含于该式(4)所示的范围。
另外，连接点a和点e的直线的式子可以用下式表示：
2[Bi]+[In]＝120…(5)
所以本发明的钎焊材料的基本组成也可以为至少：
2[Bi]+[In]≥120…(6)
所示的区域和上述区域(A)重合的范围。
(第二实施方式)
在本发明的第二实施方式中，将具有与上述第一实施方式的实施例1～20及比较例1～6对应的组成的钎焊材料分别作为实施例1～20及比较例1～6使用，而且设只将Ag作为金属成分的例子作为比较例7使用，制作成了导电性粘接剂。
所有的实施例中，作为树脂使用了热固化性环氧树脂，作为用于本发明的优选的环氧树脂，例如可以举出环氧树脂808、环氧树脂807(日本环氧树脂(JER)制)；作为固化剂可以举出2PHZ(四国化成制)。另外，钎焊材料可以使用工业上通常能够得到的粉末或片状的金属粒子。在各例中使用了由第一实施方式制成的焊膏。在该树脂成分15重量％中配合钎焊材料成分8重量5％，制备了导电性粘接剂组成物。
(导电性粘接剂的体积电阻率的测定)
将与各实施例对应的导电性粘接剂组成物放入正方体的模具中，将该模具在保持温度150℃的加热容器内加热5分钟，使导电性粘接剂组成物固化。其后，冷却到室温，测定了体积电阻率。体积电阻率(ρ)的测定值在对试料求出电阻值R、布线长L及截面积S后，基于式：ρ＝R·L/S求出。
(重复弯曲强度的测定)
另外，重复弯曲强度与使用焊膏的情况一样进行了测定。
由表2可知，通过在Sn中添加Bi及In，导电性粘接剂的体积电阻率与只使用Ag的比较例相比，下降比较明显，与钎焊材料合金并列。另外，通过添加Cu、Ge，重复弯曲强度提高。通过添加Ni，溶融温度稍有上升，机械强度也提高。
(表2)钎焊材料成分和导电性粘接剂特性
[表2]
(第三实施方式)
本发明的第三实施方式在上述实施例1使用的焊膏6中再配合具有作为表3的实施例21～25所示的还原性的第二树脂成分，制备了导电性粘接剂组成物。设树脂成分和钎焊材料的重量比为15∶85，设树脂成分中的第一树脂成分和第二树脂成分的重量比为80∶20。
作为具有第二成分的还原性的树脂，当使用己二酸、松香酸、抗坏血酸、丙烯基酸、柠檬酸、聚丙烯酸等时，确认含有Sn的合金填料的溶融性提高，体积电阻率下降。另外，当观察固化后的填料时，能够确认含Sn的填料充分溶融，得到金属的结合。
[表3]
  还原剂   体积电阻率(μΩ.cm)
  实施例21   己二酸   16.5
  实施例22   松香酸   16.4
  实施例23   抗坏血酸   16.4
  实施例24   丙烯基酸   16.3
  实施例25   柠檬酸   16.3
  比较例8   不使用   16.7
产业上的利用可能性
本发明的导电性粘接剂对电子零件的接合用途及布线形成的用途有用。
本发明的导电性粘接剂能够以固化温度比无铅焊料的溶点低的温度用于安装，且在固化后能够显示体金属排列且稳定的体积电阻率，因此，尤其是，用于对将允许耐热温度比较低的电子零件的安装造成的热损伤的可能性降到最小限度或根本上防止的用途。
另外，本发明的导电性粘接剂能够用于CCD元件、随动架元件、芯片零件等电子零件的连接用以及连接这些的基板的布线形成。其结果是，能够应用于内藏这些元件、零件及/或基板的制品，例如DVD、手机、可携带AV设备、笔记本PC、数码相机等。

Claims (10)

1.一种钎焊材料，其特征在于，具有由Sn、Bi以及In构成的基本组成，含有50～70重量％的Bi、20～24重量％的In及余量的Sn，
或者含有52.5～70重量％的Bi、17.5～20重量％的In及余量的Sn，
或者含有55～70重量％的Bi、10～17.5重量％的In及余量的Sn，
且相对于所述基本组成100份，还含有0.001～0.1重量份的Ni。
2.如权利要求1所述的钎焊材料，其特征在于，由Sn、Bi以及In构成的基本组成为65～70重量％的Bi、15～24重量％的In及余量的Sn。
3.如权利要求1或2所述的钎焊材料，其特征在于，相对于所述基本组成100份，还含有0.001～0.1重量份的Ge。
4.一种焊膏，其特征在于，在权利要求1～3中任一项所述的钎焊材料的基础上，还含有助焊剂成分。
5.一种导电性粘接剂，其特征在于，在权利要求1～3中任一项所述的钎焊材料的基础上，还含有助焊剂成分及树脂成分。
6.如权利要求5所述的导电性粘接剂，其特征在于，树脂成分作为第一成分含有固化性树脂。
7.如权利要求6所述的导电性粘接剂，其特征在于，树脂成分作为第二成分含有具有还原性的树脂。
8.如权利要求7所述的导电性粘接剂，其特征在于，树脂成分的第二成分具有羧基。
9.一种零件接合部，其特征在于，将权利要求1～3中任一项所述的钎焊材料、权利要求4所述的焊膏及权利要求5～8中任一项所述的导电性粘接剂的任一种作为接合材料使用。
10.一种电路基板，其特征在于，具有权利要求9所述的零件接合部。
CN201210301053.8A 2006-08-04 2007-08-03 接合材料、接合部及电路基板 Expired - Fee Related CN102848095B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006-213117 2006-08-04
JP2006213117 2006-08-04

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200780028965XA Division CN101500745B (zh) 2006-08-04 2007-08-03 接合材料、接合部及电路基板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102848095A true CN102848095A (zh) 2013-01-02
CN102848095B CN102848095B (zh) 2016-11-30

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108735890A (zh) * 2018-05-25 2018-11-02 张琴 准气密性声表面波元件封装结构及制作方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108735890A (zh) * 2018-05-25 2018-11-02 张琴 准气密性声表面波元件封装结构及制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20130037314A1 (en) 2013-02-14
US20100159257A1 (en) 2010-06-24
JP5529940B2 (ja) 2014-06-25
EP2052805A4 (en) 2010-05-26
CN101500745A (zh) 2009-08-05
WO2008016140A1 (en) 2008-02-07
JPWO2008016140A1 (ja) 2009-12-24
EP2052805A1 (en) 2009-04-29
EP2052805B1 (en) 2016-09-28
US8679635B2 (en) 2014-03-25
CN101500745B (zh) 2012-10-10
JP2013035066A (ja) 2013-02-21
JP5090349B2 (ja) 2012-12-05
US8293370B2 (en) 2012-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101500745B (zh) 接合材料、接合部及电路基板
KR101985646B1 (ko) 솔더링용 저온 고신뢰성 주석 합금
JP5754480B2 (ja) 接続対象物の接続方法および電子装置の製造方法
JP5722302B2 (ja) 鉛フリーはんだ合金と、これを用いたソルダペースト及び実装品
KR101738841B1 (ko) Ｂｉ-Ｓｎ계 고온 땜납 합금으로 이루어진 고온 땜납 이음
JPH071179A (ja) 無鉛すず−ビスマスはんだ合金
CN101491866B (zh) 低温无铅焊锡膏
KR20140110926A (ko) 접합 방법, 접합 구조체 및 그 제조 방법
KR20210104144A (ko) 무연 땜납 조성물
JP4975342B2 (ja) 導電性接着剤
CN101374630A (zh) 焊料合金、焊球及使用了它们的焊料接合部
JP3736819B2 (ja) 無鉛はんだ合金
JP2010029868A (ja) 無鉛はんだペースト、それを用いた電子回路基板及びその製造方法
JP4939072B2 (ja) 導電性接着剤
JP4396162B2 (ja) 鉛フリーソルダペースト
JP2003245793A (ja) ハンダ用組成物、ハンダ付け方法および電子部品
JP2008221330A (ja) はんだ合金
JP5051633B2 (ja) はんだ合金
CN102848095B (zh) 接合材料、接合部及电路基板
JP2019050347A (ja) 電子基板の製造方法および異方性導電ペースト
KR100356413B1 (ko) 부분용융 상태에서의 리플로우 솔더링 방법
JP2005305472A (ja) はんだ材料およびはんだ付け物品

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: PANASONIC INTELLECTUAL PROPERTY MANAGEMENT CO., LT

Free format text: FORMER OWNER: MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO, LTD.

Effective date: 20150910

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20150910

Address after: Osaka Japan

Applicant after: PANASONIC INTELLECTUAL PROPERTY MANAGEMENT Co.,Ltd.

Address before: Osaka Japan

Applicant before: Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20161130

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee