CN115070255A - 软钎料合金、软钎料粉末、焊膏和钎焊接头 - Google Patents

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境纪和
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Abstract

本发明提供由于液相线温度低且固相线温度不过低因而安装性优异、显示出高强度、进而耐热疲劳特性优异的软钎料合金、软钎料粉末、焊膏和钎焊接头。软钎料合金具有如下的合金组成：以质量％计Ag：0.5～4.0％、Cu：超过0.5％且为1.0％以下、Bi：超过3.0％且为8.0％以下且余量由Sn组成。合金组成优选满足下述(1)式～(3)式。下述(1)式～(3)式中，Sn、Bi、Cu和Ag表示各合金组成的含量(质量％)。10.9≤Sn/Bi≤22.4(1)式，46.9≤Sn×Cu≤72.1(2)式，45.50≤Sn×Ag≤365(3)式。

Description

软钎料合金、软钎料粉末、焊膏和钎焊接头
技术领域
本发明涉及可靠性优异的软钎料合金、软钎料粉末、焊膏和钎焊接头。
背景技术
功率半导体装置为例如在形成有铜电路的绝缘基板(以下，简称为“DCB(DirectCopper Bonding)”)上连接有多个元件、电极端子(外部连接端子)的结构。为了形成功率半导体装置，例如采用分步软钎焊，其将元件、外部连接端子依次进行软钎焊。
在利用分步软钎焊进行多级软钎焊时，对于用于第二次软钎焊的软钎料合金，会选择液相线温度低于在最初的软钎焊中使用的软钎料合金的固相线温度的合金组成。作为液相线温度、熔点低的合金组成，例如在专利文献1～3中公开了Sn-Ag-Cu-Bi软钎料合金。在专利文献2记载的发明中，当对外部连接端子施加外部应力时有钎焊接头断裂的担心，因此，公开了软钎料合金本身为高强度、且在室温下显示出高接合强度的Sn-Ag-Cu-Bi软钎料合金。
另一方面，Sn-Ag-Cu-Bi软钎料合金中，有以能耐受严苛的使用环境的方式进行了合金设计的软钎料合金。例如在专利文献3中公开了热循环后的接合强度高的Sn-Ag-Cu-Bi软钎料合金。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2-70033号
专利文献2：日本特开2004-122223号
专利文献3：日本特开2019-155466号
发明内容
发明要解决的问题
此处，在功率半导体装置的通常使用方式下，难以想象应力会从外部直接施加于功率半导体装置所具备的元件。因此，用于将元件连接于DCB的软钎料合金为一直以来广泛使用的Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金(以下，在元素符号前标注的数值的单位为“质量％”)即可。利用分步软钎焊制造功率半导体装置时，通常外部连接端子紧接着元件被连接，因此，期望连接外部连接端子的软钎料合金的液相线温度低于上述软钎料合金的固相线温度217℃。
专利文献1中公开的软钎料合金在液相线温度与固相线温度之间的温度域中形成不具有液体流动性、也不具有固体硬度的糊剂，具有良好的机械强度。具体而言，专利文献1中公开了Sn-0.4Ag-0.2Cu-6Bi软钎料合金。专利文献2中公开的软钎料合金为Cu与Ag满足规定关系的合金组成，被设计为通过抑制Ag蚀而不会破坏接合强度。具体而言，专利文献2中公开了Sn-3.2Ag-0.8Cu-5Bi软钎料合金。专利文献1和2所记载的发明中优选液相线温度低，但并未进行能够适用于分步软钎焊的合金设计，因此，难以说这些软钎料合金的液相线温度充分低。
进而，在这些发明中，关于构件的腐蚀、错位、再氧化、空隙等安装性并未进行研究，因此，即使固相线温度低、且与液相线温度的温度域宽也并未成为问题。特别是专利文献1中，如前所述，记载了在液相线温度与固相线温度之间的温度域中显示出良好的机械特性，因此，在该文献记载的发明中，反而更优选该温度域宽。
另外，由于功率半导体装置中使用的外部电极用端子与外部的电极等连接，因此，例如从外部对外部电极端子重复施加拉伸应力时，所施加的应力会集中在连接DCB与外部电极用端子的钎焊接头。进而，功率半导体装置在工作时有时会达到125℃左右。功率半导体装置中使用的软钎料合金需要具有即使长时间被暴露于这种高温环境下也不会劣化的优异的耐热疲劳特性。
专利文献3中公开的发明是通过着眼于热循环时的Bi的行为而可以显示出热循环后的高接合强度的优异的发明。作为具体的合金组成，例如公开了Sn-3.3Ag-0.9Cu-5.0Bi的软钎料合金。专利文献3中虽然记载了为了抑制印刷电路板的热损伤，液相线温度优选为235℃以下，但是，与专利文献1和2中记载的发明同样地，并未进行能够适用于分步软钎焊的合金设计。因此，难以说上述软钎料合金的液相线温度充分低。另外，专利文献3记载的发明中，虽然得到了热循环后的高接合强度，但未进行改善耐热疲劳特性的合金设计。这与专利文献1和2中记载的发明也同样。
如此，即使专利文献1和2中记载的软钎料合金可以解决各自的课题，由于例如未考虑功率半导体装置制造时和使用时的实际情况，因此，难以说可以解决涉及功率半导体装置的各种课题。专利文献3所记载的软钎料合金中，在这些方面存在改善的余地。另外，对于软钎料合金而言，虽然各元素存在固有的添加意义，但软钎料合金是全部构成元素组合而成为一体的材料，各构成元素会相互影响。因此，为了同时解决涉及功率半导体装置的各种课题，各构成元素必须作为一个整体均衡性良好地含有。为了提供可以同时解决上述全部课题的软钎料合金，进一步探索组成是必不可少的。
因此，本发明的课题在于，提供：由于液相线温度低且固相线温度不过低因而安装性优异、显示出高强度、进而耐热疲劳特性优异的软钎料合金、软钎料粉末、焊膏和钎焊接头。
用于解决问题的方案
本发明人等在专利文献所公开的软钎料合金中以液相线温度低于Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金的固相线温度的方式调查了各构成元素的含量。在专利文献1所记载的Sn-0.4Ag-0.2Cu-6Bi软钎料合金中，获得了Ag和Cu的含量少而液相线温度高的见解。在专利文献2所记载的Sn-3.2Ag-0.8Cu-5Bi软钎料合金中，获得了Cu的含量多而液相线温度高的见解。在专利文献3所记载的Sn-3.3Ag-0.9Cu-5.0Bi软钎料合金中，获得了Cu含量多而液相线温度高的见解。
基于这些见解，以降低液相线温度的方式调查了合金组成，结果获得了各构成元素的含量为规定范围内时会显示出期望的液相线温度的见解。但是认识到，即使是所得范围内的合金组成，也存在具有拉伸强度低的合金组成、高温环境下的耐热疲劳特性未成为期望的值的合金组成的软钎料合金。因此，考虑整体的均衡性，在上述范围内，对各构成元素的含量进一步详细地进行了调查。其结果，获得了如下见解：在各构成元素的含量在特定范围内的情况下，液相线温度低至能够用于分步软钎焊的第2次软钎焊的程度且固相线温度不过低时，安装性优异，拉伸强度高，高温环境下的耐热疲劳特性飞跃性地改善。另外，在本发明中，虽然示例了功率半导体装置，但只要在需要液相线温度低且固相线温度不过低、具备高强度、进而具备高的耐热疲劳特性的软钎料合金的用途中，就不限定于此。
根据这些见解得到的本发明如以下所述。
(1)一种软钎料合金，其特征在于，具有如下合金组成：以质量％计Ag：2.0～4.0％、Cu：0.51～0.79％、Bi：超过4.0％且为8.0％以下且余量由Sn组成，所述软钎料合金的液相线温度低于217℃。
(2)根据上述(1)所述的软钎料合金，其中，合金组成满足下述(1)式～(3)式。
10.9≤Sn/Bi≤22.4 (1)式
46.9≤Sn×Cu≤72.1 (2)式
45.50≤Sn×Ag≤365 (3)式
上述(1)式～(3)式中，Sn、Bi、Cu和Ag表示各合金组成的含量(质量％)。
(3)一种软钎料粉末，其是由上述(1)或上述(2)所述的软钎料合金形成的。
(4)一种焊膏，其具有上述(3)所述的软钎料粉末。
(5)一种钎焊接头，其具有上述(1)或上述(2)所述的软钎料合金。
附图说明
图1为示出重复拉伸试验的试验方法的示意图。
具体实施方式
以下对本发明更详细地进行说明。本说明书中，涉及软钎料合金组成的“％”只要没有特别指定就是“质量％”。
1.软钎料合金
(1)Ag：0.5～4.0％
Ag由于使Ag3Sn以粒状析出而可以实现软钎料合金的析出强化。另外，Ag与Cu的含量如果均接近SnAgCu共晶组成，则可以降低软钎料合金的液相线温度。Ag的含量如果低于0.5％，则会由于SnAgCu亚共晶而导致软钎料合金的液相线温度上升。另外，化合物的析出量少，强度未改善。Ag含量的下限为0.5％以上、优选1.0％以上、更优选2.0％以上。
另一方面，Ag的含量如果过多，则会由于SnAgCu过共晶而导致软钎料合金的液相线温度上升。另外，粗大的Ag3Sn会以板状析出，强度劣化。Ag含量的上限为4.0％以下、优选3.9％以下、更优选3.5％以下、进一步优选3.0％以下。
(2)Cu：超过0.5％且低于0.8％
Cu由于使Cu3Sn、Cu6Sn5析出而可以实现软钎料合金的析出强化。另外，Cu与Ag的含量如果均接近于SnAgCu共晶组成，则可以降低软钎料合金的液相线温度。Cu的含量如果为0.5％以下，则会由于SnAgCu亚共晶而导致软钎料合金的液相线温度上升。另外，化合物的析出量少，强度未充分改善。Cu含量的下限超过0.5％、优选0.51％以上、更优选0.6％以上。
另一方面，Cu的含量如果过多，则会由于SnAgCu过共晶而导致软钎料合金的液相线温度上升。Cu含量的上限低于0.8％、优选0.79％以下、更优选0.75％以下、进一步优选0.7％以下。
(3)Bi：超过4.0％且为8.0％以下
Bi通过Sn的固溶强化而可以改善软钎料合金的强度。另外，Bi在软钎料合金为125℃左右的高温环境下也可以维持Sn的固溶强化。因此，在高温环境下，SnAg化合物、SnCu化合物即使变得粗大，Sn也维持基于Bi的固溶强化，因此，可以显示出软钎料合金的高耐热疲劳特性。
Bi的含量如果少，则Bi的固溶量少，强度未充分改善。另外，软钎料合金的液相线温度不会下降。Bi的含量的下限超过4.0％、优选4.1％以上、更优选4.5％以上。
另一方面，如果过剩地添加Bi，则SnBi共晶析出而固相线温度下降，且与液相线温度的温度域扩宽，由此，构件的腐蚀、错位、再氧化、空隙等安装性降低。特别是，在Ag含量多的情况下，Bi含量如果变多，则固相线温度的降低明显。另外，固相线温度如果低，则会接近用于评价耐热疲劳特性的温度，因此，固相线温度优选为高温。进而，Bi会在晶界中发生偏析，有时软钎料合金强度、耐热疲劳特性会降低。Bi的含量的上限为8.0％以下、优选7.9％以下、更优选7.0％以下、进一步优选6.0％以下、特别优选5.0％以下。
(4)余量：Sn
本发明的软钎料合金的余量为Sn。除前述元素之外，可以还含有不可避免的杂质。即使含有不可避免的杂质的情况下，也不会对前述效果产生影响。
(5)(1)式～(3)式
10.9≤Sn/Bi≤22.4 (1)式
46.9≤Sn×Cu≤72.1 (2)式
45.50≤Sn×Ag≤365 (3)式
上述(1)式～(3)式中，Sn、Bi、Cu和Ag表示各合金组成的含量(质量％)。
本发明的软钎料合金优选满足(1)式～(3)式。通过满足(1)式～(3)式，从而Ag、Cu和Bi的含量的均衡性得到最优化，因此，在将液相线温度保持得较低的基础上，还可以显示出高的强度和耐热疲劳特性。
更详细而言，本发明的软钎料合金中，满足(1)式～(3)式的软钎料合金接近SnAgCu共晶组成，因此，液相线温度降低。另外，根据(1)式～(3)式，推测表示各构成元素的含量与Sn的含量的均衡性的各式的值为规定范围内，可以实现起因于各构成元素的合金组织的均质化。因此，软钎料合金的强度、耐热疲劳特性进一步改善。此外，固相线温度和液相线温度落入更适当的温度域。
上述式子是通过各构成元素相互依存而得到的。这是由于，合金是全部构成元素组合而成为一体的材料，各构成元素会相互产生影响。
(1)式是起因于Sn的固溶强化、以及液相线温度和固相线温度的关系式。推测：满足(1)式时，由于在高温环境下Sn维持高的强度，因此，即使进行重复拉伸试验也可以抑制断裂。另外，Bi的添加能实现液相线温度的低温化，并且通过满足(1)式，可以抑制固相线温度的极度低温化。(2)式和(3)式是起因于各SnAg化合物、SnCu化合物的析出量的关系式。根据Ag和Cu的含量，SnAgCu软钎料合金的熔融温度会发生变动，通过Bi的添加而实现液相线温度的低温化。由于在进行分步软钎焊的基础上存在各构成元素的最佳的含量，因此，(1)式～(3)式被设定为充分考虑了各构成元素相互依存的范围。
(1)式的下限优选10.9以上、更优选11.5以上、进一步优选18.1以上、特别优选18.2以上。(1)式的上限优选22.4以下、更优选18.5以下、特别优选18.3以下。
(2)式的下限优选46.9以上、更优选61.2以上、进一步优选63.2以上、特别优选63.6以上。(2)式的上限优选72.1以下、更优选64.6以下、进一步优选64.5以下。
(3)式的下限优选45.50以上、更优选100.0以上、进一步优选184.6以上、特别优选273.6以上。(3)式的上限优选365以下、更优选361.2以下、进一步优选340.9以下、进一步更优选276.6以下、最优选274.5以下、特别优选273.9以下。
(6)软钎料合金的液相线温度、固相线温度
本发明的软钎料合金在例如通过分步软钎焊而进行2次软钎焊的情况下优选用于第2次的软钎焊。在这种使用方式中，用于第2次的软钎料合金的液相线温度优选低于用于第1次的软钎料合金的固相线温度。例如，在第1次的软钎焊中使用Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金的情况下，本发明的软钎料合金的液相线温度优选低于217℃、进一步优选215℃以下、特别优选210℃以下。
本发明的软钎料合金的固相线温度期望为液相线温度与固相线温度的温度差不过大、且构件的腐蚀、错位、再氧化、空隙等安装性不会降低的温度域。另外，优选与用于评价耐热疲劳特性的温度的温度差大。本发明的软钎料合金的固相线温度优选150℃以上、更优选170℃以上、进一步优选187℃以上、特别优选197℃以上。
2.软钎料粉末
本发明的软钎料粉末用于后述的焊膏，优选为球状粉末。通过为球状粉末而改善流动性。本发明的软钎料粉末优选符合在JIS Z 3284-1：2014中的粉末尺寸的分类(表2)中满足编号1～8的尺寸(粒度分布)。更优选满足编号4～8的尺寸(粒度分布)、进一步优选满足编号5～8的尺寸(粒度分布)。粒径如果满足该条件，则粉末的表面积不会过大，粘度的上升被抑制，另外，微细粉末的聚集被抑制，粘度的上升有时被抑制。因此，对更微细的部件的软钎焊成为可能。
软钎料粉末的圆球度优选0.90以上、更优选0.95以上、最优选0.99以上。本发明中，球状粉末的圆球度使用利用最小区域中心法(MZC法)的CNC图像测定系统(Mitutoyo公司制的ULTRA QUICK VISION ULTRA QV350-PRO测定装置)而测定。本发明中，圆球度表示自圆球的偏离程度，例如是500个各球的直径除以长径时算出的算术平均值，值越接近于上限1.00，表示越接近于圆球。
3.焊膏
本发明的焊膏含有：前述软钎料粉末和助焊剂。
(1)助焊剂的成分
焊膏中使用的助焊剂由有机酸、胺、胺氢卤酸盐、有机卤素化合物、触变剂、松香、溶剂、表面活性剂、高分子化合物、硅烷偶联剂、着色剂中的任意一者构成、或由2者以上的组合构成。
作为有机酸，可以举出琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、二聚酸、丙酸、2,2-双羟基甲基丙酸、酒石酸、苹果酸、乙醇酸、二乙醇酸、硫代乙醇酸、二硫代乙醇酸、硬脂酸、12-羟基硬脂酸、棕榈酸、油酸等。
作为胺，可以举出乙胺、三乙胺、乙二胺、三亚乙基四胺、2-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1-氰基乙基-2-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰基乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-苯基咪唑、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑鎓偏苯三酸酯、1-氰基乙基-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸酯、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-均三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-十一烷基咪唑基-(1’)]-乙基-均三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-均三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-均三嗪异氰脲酸加成物、2-苯基咪唑异氰脲酸加成物、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑、2,3-二氢-1H-吡咯并[1,2-a]苯并咪唑、1-十二烷基-2-甲基-3-苄基氯化咪唑鎓、2-甲基咪唑啉、2-苯基咪唑啉、2,4-二氨基-6-乙烯基-均三嗪、2,4-二氨基-6-乙烯基-均三嗪异氰脲酸加成物、2,4-二氨基-6-甲基丙烯酰氧基乙基-均三嗪、环氧-咪唑加合物、2-甲基苯并咪唑、2-辛基苯并咪唑、2-戊基苯并咪唑、2-(1-乙基戊基)苯并咪唑、2-壬基苯并咪唑、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、苯并咪唑、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔戊基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑、2,2’-亚甲基双[6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-叔辛基苯酚]、6-(2-苯并三唑基)-4-叔辛基-6’-叔丁基-4’-甲基-2,2’-亚甲基双酚、1,2,3-苯并三唑、1-[N,N-双(2-乙基己基)氨基甲基]苯并三唑、羧基苯并三唑、1-[N,N-双(2-乙基己基)氨基甲基]甲基苯并三唑、2,2’-[[(甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亚氨基]双乙醇、1-(1’,2’-二羧基乙基)苯并三唑、1-(2,3-二羧基丙基)苯并三唑、1-[(2-乙基己基氨基)甲基]苯并三唑、2,6-双[(1H-苯并三唑-1-基)甲基]-4-甲基苯酚、5-甲基苯并三唑、5-苯基四唑等。
胺氢卤酸盐为使胺与卤化氢反应而得到的化合物，作为胺，可以举出乙胺、乙二胺、三乙胺、二苯基胍、二甲苯基胍、甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等，作为卤化氢，可以举出氯、溴、碘的氢化物。作为胺氢卤酸盐，可以举出胺三氟化硼络盐、胺四氟硼酸盐。胺三氟化硼络盐的具体例中，例如作为哌啶三氟化硼络盐、胺四氟硼酸盐的具体例，例如可以举出环己胺四氟硼酸盐、二环己胺四氟硼酸盐。
作为有机卤素化合物，可以举出反式-2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇、异氰脲酸三烯丙酯六溴化物、1-溴-2-丁醇、1-溴-2-丙醇、3-溴-1-丙醇、3-溴-1,2-丙二醇、1,4-二溴-2-丁醇、1,3-二溴-2-丙醇、2,3-二溴-1-丙醇、2,3-二溴-1,4-丁二醇、2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇等。
作为触变剂，可以举出蜡系触变剂、酰胺系触变剂、山梨糖醇系触变剂等。作为蜡系触变剂，例如可以举出氢化蓖麻油等。作为酰胺系触变剂，可以举出单酰胺系触变剂、双酰胺系触变剂、聚酰胺系触变剂，具体而言，可以举出月桂酰胺、棕榈酰胺、硬脂酰胺、山萮酰胺、羟基硬脂酰胺、饱和脂肪酰胺、油酰胺、芥酰胺、不饱和脂肪酰胺、对甲苯甲烷酰胺、芳香族酰胺、亚甲基双硬脂酰胺、亚乙基双月桂酰胺、亚乙基双羟基硬脂酰胺、饱和脂肪酸双酰胺、亚甲基双油酰胺、不饱和脂肪酸双酰胺、间亚二甲苯基双硬脂酰胺、芳香族双酰胺、饱和脂肪酸聚酰胺、不饱和脂肪酸聚酰胺、芳香族聚酰胺、取代酰胺、羟甲基硬脂酰胺、羟甲基酰胺、脂肪酸酯酰胺等。作为山梨糖醇系触变剂，可以举出二苄叉基-D-山梨糖醇、双(4-甲基苄叉基)-D-山梨糖醇等。
作为表面活性剂，可以举出非离子系表面活性剂、弱阳离子系表面活性剂。
作为非离子系表面活性剂，可以举出聚氧亚烷基二醇类、聚氧亚烷基烷基醚类、聚氧亚烷基酯类、聚氧亚烷基乙炔二醇类、聚氧亚烷基烷基酰胺类、例如聚乙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇共聚物、脂肪族醇聚氧乙烯加成物、芳香族醇聚氧乙烯加成物、多元醇聚氧乙烯加成物、聚氧亚烷基甘油醚等。
作为弱阳离子系表面活性剂，可以举出脂肪族胺聚氧亚烷基加成物类、芳香族胺聚氧亚烷基加成物类、末端二胺聚亚烷基二醇类、例如脂肪族胺聚氧乙烯加成物、芳香族胺聚氧乙烯加成物、多元胺聚氧乙烯加成物末端二胺聚乙二醇、末端二胺聚乙二醇-聚丙二醇共聚物等。
作为松香，例如可以举出脂松香、木松香和妥尔油松香等原料松香、以及由该原料松香得到的衍生物。作为该衍生物，例如可以举出纯化松香、氢化松香、歧化松香、聚合松香和α,β不饱和羧酸改性物(丙烯酰化松香、马来化松香、富马化松香等)、以及该聚合松香的纯化物、氢化物和歧化物、以及该α,β不饱和羧酸改性物的纯化物、氢化物和歧化物等，可以使用二种以上。另外，在松香系树脂的基础上，可以还包含选自萜烯树脂、改性萜烯树脂、萜烯酚醛树脂、改性萜烯酚醛树脂、苯乙烯树脂、改性苯乙烯树脂、二甲苯树脂和改性二甲苯树脂中的至少一种以上的树脂。作为改性萜烯树脂，可以使用芳香族改性萜烯树脂、氢化萜烯树脂、氢化芳香族改性萜烯树脂等。作为改性萜烯酚醛树脂，可以使用氢化萜烯酚醛树脂等。作为改性苯乙烯树脂，可以使用苯乙烯丙烯酸类树脂、苯乙烯马来酸树脂等。作为改性二甲苯树脂，可以举出苯酚改性二甲苯树脂、烷基苯酚改性二甲苯树脂、苯酚改性甲阶型二甲苯树脂、多元醇改性二甲苯树脂、聚氧乙烯加成二甲苯树脂等。
作为溶剂，可以举出水、醇系溶剂、二醇醚系溶剂、松油醇类等。作为醇系溶剂，可以举出异丙醇、1,2-丁二醇、异冰片基环己醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,5-二甲基-2,5-己二醇、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇、2,3-二甲基-2,3-丁二醇、1,1,1-三(羟基甲基)乙烷、2-乙基-2-羟基甲基-1,3-丙二醇、2,2’-氧代双(亚甲基)双(2-乙基-1,3-丙二醇)、2,2-双(羟基甲基)-1,3-丙二醇、1,2,6-三羟基己烷、双[2,2,2-三(羟基甲基)乙基]醚、1-乙炔基-1-环己醇、1,4-环己二醇、1,4-环己烷二甲醇、赤藓醇、苏糖醇、愈创甘油醚、3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇等。作为二醇醚系溶剂，可以举出二乙二醇单-2-乙基己醚、乙二醇单苯醚、2-甲基戊烷-2,4-二醇、二乙二醇单己醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇单丁醚等。
(2)助焊剂的含量
助焊剂的含量相对于焊膏的总质量优选5～95％、更优选5～15％。如果为该范围，则会充分发挥起因于软钎料粉末的增稠抑制效果。
(3)焊膏的制造方法
本发明的焊膏可以通过本领域中一般的方法制造。首先，软钎料粉末的制造可以采用如下公知的方法：使熔融的软钎料材料滴下而得到颗粒的滴下法、进行离心喷雾的喷雾法、将块的软钎料材料粉碎的方法等。滴下法、喷雾法中，滴下、喷雾优选为了制成颗粒状而在非活性气氛、溶剂中进行。然后，将上述各成分加热混合而制备助焊剂，在助焊剂中导入上述软钎料粉末、根据情况的氧化锆粉末，进行搅拌、混合，从而可以制造。
4.钎焊接头
本发明的钎焊接头适合用于至少2个以上的被接合构件的接合。被接合构件例如只要为元件、基板、电子部件、印刷电路板、绝缘基板、使用电极端子等的半导体和功率模块、逆变器制品等、使用本发明的软钎料合金而进行电连接的部件就没有特别限定。
5.其他
本发明的软钎料合金通过使用低α射线量材料作为其原材料，从而可以制造低α射线量合金。这种低α射线量合金如果用于形成存储器周边的焊料凸块，则可以抑制软错误。
实施例
根据以下的实施例对本发明进行说明，但本发明不限定于以下的实施例。
为了证明本发明的效果，使用表1中记载的软钎料合金对液相线温度、固相线温度和拉伸强度进行了测定。另外，从表1中抽取任意的实施例和比较例，评价了高温环境下的耐热疲劳特性。
(1)液相线温度、固相线温度
对于具有表1中记载的各合金组成的软钎料合金，由DSC曲线求出各温度。DSC曲线如下得到：利用Hitachi High-Tech Science Corporation制的DSC(型号：EXSTAR6000)，在大气中、以5℃/分钟进行升温，从而得到。由得到的DSC曲线求出液相线温度和固相线温度。
液相线温度低于217℃的情况下，是实用上没有问题的温度，因此，评价为“〇”，为低于150℃和为217℃以上的情况下，评价为“×”。另外，固相线温度为150℃以上且低于217℃的情况下，是实用上没有问题的温度，因此，评价为“〇”，为217℃以上的情况下，评价为“×”。
(2)拉伸强度
拉伸强度依据JIS Z 3198-2而测定。对于表1中记载的各软钎料合金，浇注至模具，制作标距长度为30mm、直径8mm的试验片。对于制作好的试验片，利用Instron公司制的Type5966，在室温下、以6mm/分钟的冲程进行拉伸，测量了试验片断裂时的强度。本发明中，拉伸强度为84MPa以上的情况下，是实用上没有问题的强度，因此，评价为“〇”，低于84MPa的情况下，评价为“×”。
将评价结果示于表1。
(3)耐热疲劳特性
(3-1)焊膏的制作
将由松香42质量份、二醇系溶剂35质量份、触变剂8质量份、有机酸10质量份、胺2质量份、卤素3质量份制备的助焊剂、与由表1的实施例1、实施例8、比较例3、比较例8、或者比较例10的合金组成制成且满足JIS Z 3284-1：2014中的粉末尺寸的分类(表2)中编号4的尺寸(粒度分布)的软钎料粉末进行混合，制作焊膏。助焊剂与软钎料粉末的质量比为助焊剂：软钎料粉末＝11：89。
(3-2)评价试样的制作和评价
如图1所示，在作为母材的DCB上涂布该软钎料(焊膏)，进行截面L字状的端子(外部连接端子)的软钎焊，制作评价试样各2个。将外部连接端子在卡盘工具中用螺栓夹持并固定，使用拉伸试验机进行评价。评价条件如下：试验载荷在拉伸方向上为300N、试验速度为3mm/分钟、在125℃的气氛下进行重复拉伸试验。
对于直至断裂为止的重复拉伸次数的平均值，将表1的比较例10作为判断基准的合金组成，为使用该合金组成的拉伸次数的平均值的3倍以上的情况下，是实用上没有问题的水平，评价为“○”，低于3倍的情况下，评价为“×”。将评价结果示于表2。
[表1]
Figure BDA0003539787310000141
下划线表示为本发明的保护范围外。
[表2]
Figure BDA0003539787310000151
下划线表示为本发明的保护范围外。
由表1和表2明确确认了，实施例1～8的Ag、Cu和Bi均为最佳的范围，因此，由于液相线温度低至在分步软钎焊中能够进行软钎焊的程度且固相线温度不过低，因此，安装性优异。进而确认到显示出高的拉伸强度。可知特别是满足(1)式～(3)式的实施例1、3、4、6和8中，液相线温度进一步低，拉伸强度均进一步显示出超过90MPa的高值。另外，可知，实施例1和8的直至断裂为止的重复拉伸次数均为实用上没有问题的水平。其他实施例的直至断裂为止的重复拉伸强度也为实用上没有问题的水平。
另一方面，比较例1的Ag的含量多，因此，液相线温度高，拉伸强度差。比较例2和比较例3的Ag含量均少，因此，液相线温度高，拉伸强度差。另外，比较例3在重复拉伸试验中立即发生了断裂。
比较例4、比较例8和比较例9的Cu的含量多，因此，液相线温度变高。比较例5的Cu的含量少，因此，液相线温度高，拉伸强度差。
比较例6的Bi的含量多，因此，固相线温度低。比较例7的Bi的含量少，因此，液相线温度高，拉伸强度差。另外，比较例7在重复拉伸试验中立即发生了断裂。
比较例10的Cu的含量少、且不含有Bi，因此，固相线温度和液相线温度均高，拉伸强度差。另外，比较例10在重复拉伸试验中立即发生了断裂。

Claims (5)

1.一种软钎料合金，其特征在于，具有如下的合金组成：以质量％计Ag：2.0～4.0％、Cu：0.51～0.79％、Bi：超过4.0％且为8.0％以下且余量由Sn组成，所述软钎料合金的液相线温度低于217℃。
2.根据权利要求1所述的软钎料合金，其中，所述合金组成满足下述(1)式～(3)式，
10.9≤Sn/Bi≤22.4(1)式
46.9≤Sn×Cu≤72.1(2)式
45.50≤Sn×Ag≤365(3)式
所述(1)式～(3)式中，Sn、Bi、Cu和Ag表示各所述合金组成的含量(质量％)。
3.一种软钎料粉末，其是由权利要求1或2所述的软钎料合金形成的。
4.一种焊膏，其具有权利要求3所述的软钎料粉末。
5.一种钎焊接头，其具有权利要求1或2所述的软钎料合金。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009148832A (ja) * 2008-12-26 2009-07-09 Honeywell Internatl Inc 高温鉛フリーハンダ用組成物、方法およびデバイス
WO2009131178A1 (ja) * 2008-04-23 2009-10-29 千住金属工業株式会社 引け巣が抑制された鉛フリーはんだ合金
CN102714921A (zh) * 2009-12-28 2012-10-03 千住金属工业株式会社 面安装部件的软钎焊方法以及面安装部件
JP2019155466A (ja) * 2018-03-16 2019-09-19 千住金属工業株式会社 はんだ合金と車載電子回路

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8807730D0 (en) 1988-03-31 1988-05-05 Cookson Group Plc Low toxicity soldering compositions
JPH08132277A (ja) 1994-11-01 1996-05-28 Ishikawa Kinzoku Kk 無鉛はんだ
JP3600899B2 (ja) 1996-11-05 2004-12-15 トピー工業株式会社 耐酸化特性を有する無鉛はんだ
WO1999004048A1 (en) 1997-07-17 1999-01-28 Litton Systems, Inc. Tin-bismuth based lead-free solders
JP2000015476A (ja) * 1998-06-29 2000-01-18 Ishikawa Kinzoku Kk 無鉛はんだ
US6176947B1 (en) 1998-12-31 2001-01-23 H-Technologies Group, Incorporated Lead-free solders
JP2001025891A (ja) 1999-07-14 2001-01-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 鉛フリーはんだ
SG98429A1 (en) 1999-10-12 2003-09-19 Singapore Asahi Chemical & Solder Ind Pte Ltd Lead-free solders
JP2001244622A (ja) 2000-03-01 2001-09-07 Hitachi Ltd 電子回路装置
JP4389331B2 (ja) 2000-03-23 2009-12-24 ソニー株式会社 ペーストはんだ
JP2004122223A (ja) * 2002-10-07 2004-04-22 Hitachi Metals Ltd 電子部品および電子部品の製造方法
US7215030B2 (en) 2005-06-27 2007-05-08 Advanced Micro Devices, Inc. Lead-free semiconductor package
ES2612560T3 (es) 2007-07-13 2017-05-17 Senju Metal Industry Co., Ltd Circuito electrónico montado en vehículo
WO2014053066A1 (en) 2012-10-04 2014-04-10 Celestica International Inc. Solder alloy for low-temperature processing
WO2015037279A1 (ja) * 2013-09-11 2015-03-19 千住金属工業株式会社 鉛フリーはんだ、鉛フリーはんだボール、この鉛フリーはんだを使用したはんだ継手およびこのはんだ継手を有する半導体回路
EP3414039B1 (en) 2016-02-11 2023-06-14 Celestica International LP Thermal treatment for preconditioning or restoration of a solder joint
MY188597A (en) * 2017-03-31 2021-12-22 Senju Metal Industry Co Solder alloy, solder paste, and solder joint
FR3101561B1 (fr) * 2019-10-06 2023-09-22 Pruvost Jean Claude Lucien Alliage de soudure sans plomb appelé SIA à base de Sn et Bi et d’additifs de Cu et d’Ag limités à 1 %.
CN111571064B (zh) 2020-05-14 2021-04-02 深圳市唯特偶新材料股份有限公司 一种防飞溅激光焊锡膏及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009131178A1 (ja) * 2008-04-23 2009-10-29 千住金属工業株式会社 引け巣が抑制された鉛フリーはんだ合金
CN102066043A (zh) * 2008-04-23 2011-05-18 千住金属工业株式会社 抑制缩孔的无铅焊料合金
JP2009148832A (ja) * 2008-12-26 2009-07-09 Honeywell Internatl Inc 高温鉛フリーハンダ用組成物、方法およびデバイス
CN102714921A (zh) * 2009-12-28 2012-10-03 千住金属工业株式会社 面安装部件的软钎焊方法以及面安装部件
JP2019155466A (ja) * 2018-03-16 2019-09-19 千住金属工業株式会社 はんだ合金と車載電子回路

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