DE60017040T2

DE60017040T2 - Sn-Ag-Cu Lot und dessen Anwendung zur Oberfläschebehandlung und Bestückung von Bauteilen

Info

Publication number: DE60017040T2
Application number: DE60017040T
Authority: DE
Inventors: Toshihide Shimoniikawa-gun Ito; Shiro Nagoya-shi Hara
Original assignee: Solder Coat Co Ltd; NEC Toppan Circuit Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Circuit Solutions Inc; Solder Coat Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: EP1088615A2; EP1088615B1; EP1088615A3; US20020159913A1; TW476792B; JP3544904B2; DE60017040D1; JP2001096394A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lötmittel, das Zinn (Sn), Silber (Ag) und Kupfer (Cu) enthält, und eine Oberflächenbehandlung und Verfahren zur Montage von Teilen unter Verwendung des Lötmittels und spezieller ein Sn-Ag-Cu-Lötmittel, welches unterdrückt, dass sich Kupfer (Cu) von Stromkreisschichten von gedruckten Leiterplatten (PWBs ["Printed Wiring Boards"]) bei den Lötverfahren in dem geschmolzenen Lötmittel auflöst, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines PWB unter Verwendung des Lötmittels und ein Verfahren zur Montage von elektronischen Teilen oder Komponenten auf einem PWB unter Verwendung des Lötmittels.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Um die Beschichtung auf den Stromkreisschichten eines PWB oder den Mustern derselben zu bilden oder um elektronische Teile oder Komponenten auf einem PWB zu montieren, wurden herkömmlich 63Sn-37Pb-Legierungen, die 63 Gewichts-% (Gew.%) Sn und 37 Gew.% Pb (Blei) enthalten, gewöhnlich als Lötmittel verwendet.
In den letzten Jahren wurde eine Umweltverschmutzung aufgrund von Pb, das aus weggeworfenen elektronischen Geräten ausgewaschen wurde, eine bedeutende Angelegenheit. Demgemäß wurde in der Industrie zur Herstellung elektronischer Geräte eine intensive Forschung und Entwicklung für Lötmittel ohne Blei (d.h. Blei-(Pb-) freie Lötmittel) vorgenommen. Bisher sind als typische Pb-freie Lötmittel verschiedene Sn-Cu-, Sn-Ag-Cu- und Sn-Zn(Zink)-Legierungen entwickelt und offenbart worden. Der Zusatz von Bismut (Bi), Indium (In) und/oder Germanium (Ge) zu diesen Legierungen ist ebenfalls untersucht worden.
Sn-Cu-Lötmittel-Legierungen weisen den Nachteil eines hohen Schmelzpunktes auf. Bei einer 99,3Sn-0,7Cu-Legierung, die 99,3 Gew.% Sn und 0,7 Gew.% Cu enthält und eine eutektische Zusammensetzung aufweist, liegt der Schmelzpunkt so hoch wie 227 °C. So besteht das Problem, dass PWBs und elektronische Teile oder Komponenten, die darauf montiert sind, nicht der Wärme standhalten können, die während des Lötverfahrens angewendet wird, da typische PWBs eine Wärmebeständigkeit gegen Temperaturen von etwa 260 °C oder niedriger aufweisen.
Sn-Zn-Lötmittel-Legierungen weisen den Vorteil eines geeigneten Schmelzpunkts auf. Bei einer 91Sn-9Zn-Legierung, die 91 Gew.% Sn und 9 Gew.% Zn enthält und eine eutektische Zusammensetzung aufweist, beträgt der Schmelzpunkt 199 °C, was nahe dem Schmelzpunkt (183°C) einer 63Sn-37Pb-Legierung mit einer eutektischen Zusammensetzung liegt. Deshalb werden Sn-Zn-Lötmittel-Legierungen unter dem Gesichtspunkt der Löttemperaturen bevorzugt. Jedoch weisen Sn-Zn-Lötmittel das Problem auf, dass sie dazu neigend, deutlich sichtbar oxidiert zu werden, da sie ein aktives Element aus Zn enthalten. Als Ergebnis können sie keine Lötverbindungen mit der gewünschten Qualität oder dem gewünschten Zustand bereitstellen.
Andererseits weisen Sn-Ag-Cu-Lötmittel-Legierungen einen annehmbaren Schmelzpunkt auf. Bei einer 95,8Sn-3,5Ag-0,8Cu-Legierung, die 95,8 Gew.% Sn, 3,5 Gew.% Ag und 0,8 Gew.% Cu enthält und eine ternäre eutektische Zusammensetzung aufweist, beträgt der Schmelzpunkt 217 °C. Obwohl der Schmelzpunkt von 217 °C höher ist als der Schmelzpunkt (183 °C) einer 63Sn-37Pb-Legierung, ist er unter dem Gesichtspunkt der Wärmebeständigkeit von PWBs ausreichend niedrig. Wenn Sn-Ag-Cu-Lötmittel-Legierungen verwendet werden, während die Wärmebehandlungstemperatur zur Bildung der Beschichtung auf den Stromkreisschichten von PBWs oder deren Mustern oder zum Montieren der elektronischen Teile oder Komponenten auf PWBs bei 250 °C eingestellt wird, können auch eine gewünschte Lötqualität oder ein gewünschter Lötzustand sowie eine gewünschte mechanische Eigenschaft verwirklicht werden.
Demgemäß ist ersichtlich, dass Sn-Ag-Cu-Lötmittel-Legierungen innerhalb der oben identifizierten Pb-freien Lötmittel-Legierungen die nützlichsten sind. So sind verschiedene Techniken entwickelt und offenbart worden, um weiter verbesserte Sn-Ag-Cu-Legierungen bereitzustellen.
Beispielsweise offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2-34295, 1990 veröffentlicht, eine "Lötmittel-Zusammensetzung", die 92,5 bis 96,9 Gew.% Sn, 3 bis 5 Gew.% Cu, 0,1 bis 2 Gew.% Ni und 0 bis 0,5 Gew.% Ag enthält. Ein Ziel dieser Lötmittel-Zusammensetzung war es, ein Pb-freies Lötmittel für Rohre bereitzustellen.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2-179388, 1990 veröffentlicht, offenbart ein "Ag-Lötmittel mit niedrigem Schmelzpunkt", das 10 bis 30 Gew.% Ag, 70 bis 90 Gew.% Sn, 0,05 bis 5 Gew.% mindestens eines aus Cu, In und Ga und 0,05 bis 1 Gew.% mindestens eines aus Fe und Ni enthält. Ein Ziel dieses Lötmittels war es, seine Korrosionsbeständigkeit und elektrische und Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 4-333391, 1992 veröffentlicht, offenbart ein "Pb-Legierungs-Hartlotmaterial", das 0,5 bis 10 Gew.% Sn, 1 bis 6 Gew.% Ag, 0,01 bis 0,5 Gew.% Ni und einen Rest aus Pb und unvermeidlicher Verunreinigung enthält. Ein Ziel dieses Materials war es, seine Kriecheigenschaft zu verbessern.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 6-269983, 1994 veröffentlicht, offenbart ein "Ag-Lötmittel", das 5 bis 20 Gew.% Ag, 70 bis 90 Gew.% Sn, 0,05 bis 10 Gew.% Cu, 0,05 bis 2 Gew.% Palladium (Pd) und 0,05 bis 1 Gew.% mindestens eines aus Fe, Cu und Ni enthält. Ein Ziel dieses Lötmittels war es, seine Benetzungsfähigkeit auf einem Ni-System-Basismetall zu verbessern.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 11-77366, veröffentlicht am 23. März 1999, offenbart eine "Lötmittel-Legierung", die Sn als Hauptbestandteil, 1,0 bis 4,0 Gew.% Ag, 2 Gew.% oder weniger Cu und 10 Gew.% oder weniger Ni enthält. Ein Ziel dieser Lötmittel-Legierung war es, ihre Wärmeermüdungsbeständigkeit und Verbindungsfähigkeit zu verbessern.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Phänomen, das als "Kupfer-Auslaugung" bezeichnet wird, auftritt, wenn eine Sn-Ag-Cu-Legierung durch das Heißluft-Nivellierungsverfahren auf die abgeschiedene Cu-Schaltkreisschicht eines PWB aufgetragen wird. Die "Kupfer-Auslaugung" ist ein Phänomen, bei dem sich Cu, das in der Stromkreisschicht enthalten ist, in der so aufgetragenen geschmolzenen Legierung löst und als Ergebnis die Dicke der Stromkreisschicht abnimmt. Im schlimmsten Fall wird die Stromkreisschicht aufgrund des "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomens zerbrochen oder zerschnitten. Dies verschlechtert die Zuverlässigkeit des PWB.
Es ist auch bekannt, dass die "Kupfer-Auslaugung" auftritt, wenn eine Sn-Ag-Cu-Legierung als Lötmittel zum Montieren von elektronischen Teilen oder Komponenten auf die Cu-Stromkreisschicht eines PWB durch das Schwall-Löten verwendet wird. In diesem Fall besteht die Neigung, dass Lötdefekte aufgrund der "Kupfer-Auslaugung" auftreten, wodurch die Zuverlässigkeit des PWB beeinträchtigt wird.
Demgemäß offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 11-77368, veröffentlicht am 23. März 1999, zur wirksamen Verhütung des "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomens eine "Pb-freie Lötmittel-Legierung", die eine Sn-Pb-Bi-In-Legierung als ihren Hauptbestandteil und 1 bis 4 Gew.% Cu enthält. Die Japanische Ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 9-94688, 1997 veröffentlicht, offenbart eine "Pb-freie Lötmittel-Legierung", die eine Sn-Zn-Ni-Legierung als ihren Hauptbestandteil und 0,1 bis 3 Gew.% Cu enthält.
Die Lötmittel-Legierungen, die in den oben angegebenen Veröffentlichungen Nr. 11-77368 und 9-94688 offenbart sind, haben zum Ziel, das "Kupfer-Auslaugungs"- Phänomen durch den Zusatz von Cu zu verhindern. Jedoch weist die Lötmittel-Legierung, die in der Veröffentlichung Nr. 11-77368 offenbart ist, den Nachteil auf, dass der Schmelzpunkt übermäßig hoch ist, da ihr Solidus- und Liquiduspunkt 208 °C bzw. 342 °C sind. Die Lötmittel-Legierung, die in der Veröffentlichung Nr. 9-94688 offenbart ist, weist den Nachteil auf, dass sie leicht oxidiert wird. Dies ist der Fall, da die Lötmittel-Legierung eine der Sn-Zn-Legierungen mit der oben beschriebenen leichten Oxidierbarkeit ist.
Zusätzlich nimmt keine der oben beschriebenen Veröffentlichungen Nr. 2-34295, 2-179388, 4-333391 und 6-269983 auf das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen Bezug. Ähnlich wie die oben beschriebenen Veröffentlichungen Nr. 11-77368 und 9-94688 offenbart die oben beschriebene Veröffentlichung Nr. 11-77366 die Tatsache, dass das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen durch den Zusatz von Cu unterdrückt werden kann. Jedoch beschreibt die Veröffentlichung Nr. 11-77366 nicht, wieviel Cu-Zusatz dieses Phänomen unterdrückt.
Die WO 9834755 offenbart Sn-Ag-Cu-Lötmittel-Legierungen, die mit Ni oder Fe modifiziert sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Pb-freies Lötmittel bereitzustellen, das einen zufriedenstellenden niedrigen Schmelzpunkt aufweist und wirksam das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen unterdrückt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Pb-freies Lötmittel bereitzustellen, das schwierig zu oxidieren ist und das eine hohe Benetzungsfähigkeit aufweist.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines PWB bereitzustellen, welches ein PWB mit hoher Zuverlässigkeit schafft.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Befestigen von elektronischen Teilen oder Komponenten auf einem PWB bereitzustellen, welches hoch zuverlässige Lötverbindungen bildet.
Die obigen Ziele werden zusammen mit anderen, nicht speziell erwähnten, dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung klar.
Die Erfindung ist in dem begleitenden Anspruchssatz definiert.
Mit dem Pb-freien Lötmittel gemäß der Erfindung kann das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen aufgrund der Anwesenheit von Ni und/oder Fe innerhalb des angegebenen Mengenbereichs wirksam unterdrückt werden. Auch weist das Lötmittel gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, da die Menge des Ni und/oder Fe sehr gering ist, eine Zusammensetzung auf, die der eutektischen Zusammensetzung von Sn-Ag-Cu-Lötmitteln ohne Ni und Fe ähnlich ist. So weist das Lötmittel einen niedrigen Liquiduspunkt (d.h. einen niedrigen Schmelzpunkt) auf.
Darüber hinaus ist das Lötmittel gemäß der Erfindung eines der Sn-Ag-Cu-Lötmittel und ist deshalb schwierig zu oxidieren und weist eine zufriedenstellende Benetzungsfähigkeit auf.
Vorzugsweise weist das Lötmittel gemäß der Erfindung eine Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit von 0,15 μm oder weniger (oder 0,20 μm oder weniger) auf. Dies ist der Fall, um die Unterdrückung des "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomens sicherzustellen.
Bevorzugt weist das Lötmittel gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung einen Liquiduspunkt von 240 °C oder niedriger auf. Mehr bevorzugt beträgt der Liquiduspunkt 230 °C oder weniger. Dies ist der Fall, um einen zufriedenstellenden niedrigen Schmelzpunkt sicherzustellen.
Mit dem Verfahren der Oberflächenbehandlung eines PWB gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann das Lötmittel mit hoher Zuverlässigkeit selektiv auf die Cu-Stromkreisschicht des PWB aufgetragen werden.
Mit dem Verfahren der Befestigung von elektronischen Teilen oder Komponenten auf einem PWB gemäß der Erfindung können die elektronischen Teile oder Komponenten auf der Cu-Stromkreisschicht des PWB mit hoch zuverlässigen Lötverbindungen befestigt (d.h. mechanisch getragen und elektrisch verbunden) werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit die vorliegende Erfindung leicht durchgeführt werden kann, wird sie nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Gehalt der Elemente oder Bestandteile von Sn-Ag-Cu-Lötmitteln und deren Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit zeigt.
Die 2A bis 2E sind graphische Darstellungen, welche das Ergebnis von Experimenten mit den Probe-Lötmitteln in den Tabellen 11 bis 15 unter der Bedingung zeigen, dass der Cu-Gehalt von 0,2 bis 1,6 Gew.% verändert wird und der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird, während der Ag-Gehalt bei 0,5, 1, 3,5, 4 bzw. 5 Gew.% festgehalten wird.
Die 3A bis 3E sind graphische Darstellungen, welche das Ergebnis von Experimenten mit den Probe-Lötmitteln in den Tabellen 11 bis 15 unter der Bedingung zeigen, dass der Ag-Gehalt von 0,2 bis 1,6 Gew.% verändert wird und der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird, während der Cu-Gehalt bei 0,2, 0,4, 0,8, 1,2 bzw. 1,6 Gew.% festgehalten wird.
Die 4A bis 4E sind graphische Darstellungen, welche das Ergebnis von Experimenten mit den Probe-Lötmitteln in den Tabellen 11 bis 15 unter der Bedingung zeigen, dass der Cu-Gehalt von 0,2 bis 1,6 Gew.% verändert wird und der Fe-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird, während der Ag-Gehalt bei 0,5, 1, 3,5, 4 bzw. 5 Gew.% festgehalten wird.
Die 5A bis 5E sind graphische Darstellungen, welche das Ergebnis von Experimenten mit den Probe-Lötmitteln in den Tabellen 11 bis 15 unter der Bedingung zeigen, dass der Ag-Gehalt von 0,2 auf 1,6 Gew.% verändert wird und der Fe-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird, während der Cu-Gehalt bei 0,2, 0,4, 0,8, 1,2 bzw. 1,6 Gew.% festgehalten wird.
6 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Liquiduspunkt und dem Ni-Gehalt in einem Sn-Ag-Cu-Lötmittel zeigt, das 3,5 Gew.% Ag und 0,8 Gew.% Cu enthält.
7 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Liquiduspunkt und dem Ni-Gehalt in einem Sn-Ag-Cu-Lötmittel zeigt, das 3,5 Gew.% Ag, 0,8 Gew.% Cu und 0,02 Gew.% Fe enthält.
8 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit und dem Ni- oder Fe-Gehalt in einem Sn-Ag-Cu-Lötmittel, das 3,5 Gew.% Ag und 0,8 Gew.% Cu enthält, und die Beziehung zwischen der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit und dem Ni-Gehalt in einem Sn-Ag-Cu-Lötmittel zeigt, das 3,5 Gew.% Ag, 0,8 Gew.% Cu und 0,02 Gew.% Fe enthält.
9 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit und dem Ag-Gehalt in Sn-Ag-Cu-Lötmitteln zeigt, wenn der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% geändert wird und der Cu-Gehalt bei 0,8 Gew.% festgehalten wird.
10 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit und dem Cu-Gehalt in einem Sn-Ag-Cu- Lötmittel zeigt, wenn der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird und der Ag-Gehalt bei 3,5 Gew.% festgehalten wird.
11 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Liquiduspunkt und dem Ag-Gehalt in einem Sn-Ag-Cu-Lötmittel zeigt, wenn der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird und der Cu-Gehalt bei 0,8 Gew.% festgehalten wird.
12 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Liquiduspunkt und dem Cu-Gehalt in einem Sn-Ag-Cu-Lötmittel zeigt, wenn der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird und der Ag-Gehalt bei 3,5 Gew.% festgehalten wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Um die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, führten die Erfinder intensive Experimente und Untersuchungen durch und fanden als Ergebnis, dass das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen wirksam unterdrückt werden kann, wenn einer Sn-Ag-Cu-Lötmittel-Legierung eine geeignete Menge an Ni und/oder Fe zugesetzt wird. Durch die so gefundene Tatsache machten sie die vorliegende Erfindung.
Das Lötmittel gemäß der Erfindung wird nachstehend in Einzelheiten erklärt.
1 und die folgende Tabelle 1 drücken die erhaltene Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit (μm/s) unter der Bedingung aus, dass die speziellen Elemente Ag, Cu, Bi, In, Zn, Fe oder Ni zu Sn als dessen Hauptbestandteil gegeben wurden. Aus 1 und Tabelle 1 ist ersichtlich, dass das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen um so leichter voranschreitet, je höher die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit ist.
TABELLE 1
Wie aus 1 und Tabelle 1 ersichtlich ist, wird die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit durch Zugabe einer Spur von Ni oder Fe wahrnehmbar verringert, während die Abnahme der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit relativ klein ist, wenn andere Elemente als Ni und Fe zugesetzt werden. Im Allgemeinen nimmt der Liquiduspunkt mit zunehmender Menge des zugesetzten Elements oder der zugesetzten Elemente zu einer Legierung mit der eutektischen Zusammensetzung ab. So kann gesagt werden, dass das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen durch einen Zusatz von Ni und/oder Fe wirksam unterdrückt werden kann, während unterdrückt wird, dass der Liquiduspunkt ansteigt.
Der Grund für die Auswahl der zuzusetzenden Elemente Ag, Cu, Ni und Fe und der Grund für die Beschränkung ihrer Mengen werden nachstehend erklärt.
(Ag: 1,0 bis 4,0 Gew.%)
Ag ist ein Element mit der Funktion, die Benetzungsfähigkeit des Lötmittels zu erhöhen oder zu verbessern. Mit anderen Worten, die Benetzungszeit kann durch einen Zusatz von Ag verkürzt werden.
Die folgende Tabelle 2 zeigt das Ergebnis eines Tests, der die Benetzungsfähigkeit von Sn-Ag-Cu-Lötmitteln gemäß dem Benetzungs-Balance-Verfahren misst, das im Abschnitt 8.3.1.2 von JIS (Japanischer Industriestandard) Z 3197 angegeben ist. Bei diesem Test wurden mit Phosphor desoxidierte Kupferplatten (Dicke: 0,3 mm, Breite: 5 mm, Länge: 50 mm) 20 Minuten bei 130 °C erwärmt, wodurch die Platten oxidierten. Die so oxidierten Kupferplatten wurden als Proben verwendet.
Ein Flussmittel für diesen Test wurde auf die folgende Weise erzeugt. Speziell wurden 25 mg Kolophonium in Isopropylalkohol gelöst, und dann wurden 0,39 ± 0,01 g Diethylaminhydrochlorid dazugegeben.
Die Temperatur eines Lötmittelbades wurde auf 250 °C eingestellt, die Eintauchgeschwindigkeit der Proben in das Bad wurde bei 16 mm/s eingestellt, die Eintauchtiefe wurde bei 2 mm eingestellt, und die Eintauchzeitspanne wurde auf 10 Sekunden eingestellt.
TABELLE 2
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, weisen die Sn-Cu-Legierungen ohne Ag eine Benetzungszeit von mehr als zwei Sekunden auf. Hingegen weisen fast alle Sn-Cu-Legierungen mit Ag eine Benetzungszeit von weniger als zwei Sekunden auf.
Insbesondere weist die Legierung, die 3,5 Gew.% Ag und 0,8 Gew.% Cu aufweist, eine minimale Benetzungszeit von 1,16 Sekunden und eine Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit von 0,13 μm/s auf.
Bei der Sn-Ag-Cu-Legierung, der erfindungsgemäß Ni und/oder Fe zugesetzt wird/werden, ist die Wirkung, die Benetzungszeit zu verkürzen, unzureichend, wenn der Ag-Gehalt weniger als 1,0 Gew.% beträgt. Wenn andererseits der Ag-Gehalt größer als 4,0 Gew.% ist, ist der Liquiduspunkt übermäßig hoch, was die Gefahr mit sich bringt, dass während des Lötverfahrens einige Defekte in dem PWB und/oder in den elektronischen Komponenten auftreten. Als Ergebnis beträgt der bevorzugte Gehalt von Ag 1,0 bis 4,0 Gew.% in dem Lötmittel der vorliegenden Erfindung, wofür der Grund später erklärt wird.
(Cu: 0,4 bis 1,3 Gew.%)
Cu ist ein Element mit der Funktion, das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen der Cu-Stromkreisschichten auf dem PWB zu unterdrücken.
Tabelle 3 zeigt das Ergebnis von Tests, welche den Solidus- und Liquiduspunkt und die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit von Sn-Pb-Lötmitteln mit der eutektischen Zusammensetzung gemäß JIS H63A messen. Die Tests wurden durchgeführt, um den bevorzugten Bereich des Cu-Gehalts aufzufinden.
TABELLE 3
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, nimmt die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit mit zunehmender Menge an zugesetztem Cu ab, was bedeutet, dass das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen durch den Zusatz von Cu unterdrückt werden kann. Es wird auch gefunden, dass der Liquiduspunkt zunimmt, wenn die Menge an Cu erhöht wird.
Unter dem Gesichtspunkt der Tendenz von Tabelle 3 ist bei dem Lötmittel gemäß der Erfindung, bei dem Ni und/oder Fe zu einer Sn-Ag-Cu-Legierung gegeben wird/werden, die Wirkung, das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen zu unterdrücken, unzureichend, wenn der Cu-Gehalt weniger als 0,4 Gew.% beträgt. Wenn andererseits der Cu-Gehalt größer als 1,3 Gew.% ist, ist der Liquiduspunkt übermäßig hoch, was die Möglichkeit schafft, dass die Neigung besteht, dass in dem PWB und/oder in den elektronischen Komponenten, die in dem Lötverfahren darauf befestigt werden, Defekte auftreten. Demgemäß wird es bevorzugt, dass der Cu-Gehalt im Bereich von 0,4 Gew.% bis 1,3 Gew.% liegt, wofür der Grund später erklärt wird.
Zusätzlich zeigen die Tabellen 4 und 5 die Beziehung zwischen dem Ag- und Cu-Gehalt und dem Liquiduspunkt bzw. der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit von Sn-Ag-Cu-Lötmitteln. In den Tabellen 4 und 5 ist der Rest der Zusammensetzung Sn.
TABELLE 4
TABELLE 5
Es wird aus Tabelle 4 gefunden, dass der Liquiduspunkt minimiert wird, wenn der Ag-Gehalt 3,5 Gew.% beträgt und der Cu-Gehalt 0,8 Gew.% beträgt, und dass der Liquiduspunkt ansteigt, wenn der Ag-Gehalt von 3,5 Gew.% erhöht oder erniedrigt wird und der Cu-Gehalt von 0,8 Gew.% erhöht oder erniedrigt wird. Wie oben mit Bezug auf Tabelle 2 beschrieben, hat die Legierung, die 3,5 Gew.% Ag und 0,8 Gew.% Cu enthält, eine minimale Benetzungszeit von 1,16 Sekunden und eine Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit von 0,13 μm/s.
Es wird aus Tabelle 4 auch gefunden, dass der Liquiduspunkt relativ niedriger ist, wenn der Cu-Gehalt im Bereich von 0,4 Gew.% bis 1,2 Gew.% liegt. Der Liquiduspunkt ist relativ niedriger, wenn der Ag-Gehalt im Bereich 1 Gew.% bis 4 Gew.% liegt.
Andererseits wird aus Tabelle 5 gefunden, dass die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit zunimmt, wenn der Cu- und Ag-Gehalt erhöht wird.
(Ni: 0,02Q bis 0,06 Gew.%)
Wie vorstehend beschrieben, ist Ni ein Element mit der Funktion, das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen der Cu-Stromkreisschichten auf dem PWB zu unterdrücken. Diese Funktion wird durch den Zusatz einer Spur von Ni deutlich.
Bei der Sn-Ag-Cu-Legierung, der Ni erfindungsgemäß zugesetzt wird, ist die Wirkung, das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen zu unterdrücken, unzureichend, wenn der Ni-Gehalt weniger als 0,02 Gew.% beträgt. Andererseits ist, wenn der Ni-Gehalt mehr als 0,06 Gew.% beträgt, der Liquiduspunkt übermäßig hoch, was die Gefahr schafft, dass einige Defekte in dem PWB und/oder den elektronischen Komponenten auftreten. Als Ergebnis beträgt der bevorzugte Gehalt an Ni 0,02 bis 0,06 Gew.%, wobei der Liquiduspunkt bei 240 °C oder niedriger eingestellt wird. Es wird gefunden, dass ein bevorzugterer Gehalt an Ni 0,02 bis 0,04 Gew.% beträgt, wobei der Liquiduspunkt bei 230 °C oder niedriger eingestellt wird.
(Fe: 0,02 bis 0,06 Gew.%)
Wie vorstehend beschrieben, ist Fe wie Ni ein Element mit der Funktion, das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen der Cu-Stromkreisschichten des PWB zu unterdrücken. Diese Funktion wird durch den Zusatz einer Spur von Fe deutlich.
Bei der Sn-Ag-Cu-Legierung, der erfindungsgemäß Fe zugesetzt wird, ist die Wirkung, das "Kupfer-Auslaugungs"-Phänomen zu unterdrücken, unzureichend, wenn der Fe-Gehalt weniger als 0,02 Gew.% beträgt. Andererseits ist der Anstieg des Liquiduspunkts aufgrund des Zusatzes von Fe relativ geringer als derjenige, der durch den Zusatz von Ni verursacht wird. Insbesondere ändert sich der Liquiduspunkt aufgrund der Zugabe von Fe kaum, wenn der Fe-Gehalt geringer als 0,1 Gew.% ist. Wenn jedoch der Fe-Gehalt größer als 0,06 oder 0,05 Gew.% ist, ist die Viskosität übermäßig hoch, was die folgenden Probleme verursacht.
Das erste Problem ist, dass die Dicke des Lötmittels, das auf die Kupfer-Stromkreisschichten des PWB aufgetragen wird, nicht gleichförmig ist, wenn das Lötmittel durch das Heißluft-Nivellierungsverfahren aufgetragen wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Stromkreisschichten durch das Lötmittel nicht partiell beschichtet werden und dass unerwünschte Lötmittel-Brücken zwischen benachbarten Stromkreisleitungen gebildet werden.
Das zweite Problem ist, dass sich die Lötausbeute beim Schwall-Löten wegen des instabilen Flusses des Lötmittels erniedrigt und dass sich die Verbindungszuverlässigkeit der Lötverbindungen aufgrund der Schwankung der Lötmittelmenge in den Verbindungen verschlechtert.
Als Ergebnis wird gefunden, dass der bevorzugte Bereich des Fe-Gehalts 0,02 bis 0,06 Gew.% beträgt. Unter dem Gesichtspunkt der Viskosität beträgt ein bevorzugterer Bereich des Fe-Gehalts 0,02 bis 0,05 Gew.%.
(Ni: 0,02 bis 0,06 oder 0,04 Gew.%, Fe: 0,02 bis 0,06 oder 0,05 Gew.%)
Wenn weiter Fe zusammen mit Ni der Sn-Ag-Cu-Legierung zugesetzt wird, entsteht der zusätzliche Vorteil, dass die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit im Vergleich zu derjenigen des Lötmittels, dem nur eines von Ni oder Fe zugesetzt wird, weiter erniedrigt wird. In diesem Fall ist der Liquiduspunkt etwa der gleiche wie derjenige des Lötmittels, dem nur Ni zugesetzt wird. Wenn sowohl Ni und Fe zugesetzt werden, beträgt der bevorzugte Bereich des Ni-Gehalts 0,02 bis 0,06 Gew.% oder 0,02 bis 0,04 Gew.% und beträgt gleichzeitig der bevorzugte Bereich des Fe-Gehalts 0,02 bis 0,06 Gew.% oder 0,02 bis 0,05 Gew.%.
BEISPIELE
Um die vorliegende Erfindung in mehr Einzelheit zu erklären, werden bevorzugte Beispiele für die Erfindung nachstehend zusammen mit Vergleichsbeispielen gezeigt.
Als Erstes wurden Probe-Lötmittel mit der in den folgenden Tabellen 6 bis 10 angegebenen Zusammensetzung hergestellt, worin der Rest der Zusammensetzung jedes Lötmittels Sn und unvermeidbare Verunreinigung war. Die so hergestellten Probe-Lötmittel wurden als die Proben Nr. 1 bis 105 bezeichnet.
TABELLE 6
TABELLE 7
TABELLE 8
TABELLE 9
TABELLE 10
Als Nächstes wurden die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit, die Schmelztemperatur, die Viskosität und die Spreitungsrate (d.h. die Benetzungsfähigkeit) auf die folgende Weise gemessen.
Bei der Messung der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit wurde eine Lösung von Isopropylalkohol, die 20 Gew.% Kolophonium enthält, als Flussmittel verwendet. Die Lösung wurde auf Kupferdrähte mit einem Durchmesser von 0,5 mm aufgetragen, und dann wurden die so beschichteten Kupferdrähte über eine spezifizierte Zeitspanne in ein Lötmittelbad eingetaucht. Danach wurde die Radiusverringerung der Drähte gemessen.
Bei der Messung der Schmelztemperatur wurde der Soliduspunkt durch das "differentialthermische Analyse"-Verfahren gemessen. Jedes Probe-Lötmittel wurde geschmolzen und in einem Messbecher aufbewahrt. Dann wurde, während die Viskosität des so geschmolzenen Proben-Lötmittels unter Verwendung eines "VISCOTESTER VT-04" (hergestellt von RION CO. LTD.) gemessen wurde, das Lötmittel allmählich auf solche Weise abgekühlt, dass die Temperatur des Lötmittels von einer Temperatur von etwa 310 °C herunter auf Raumtemperatur erniedrigt wurde. Die Temperatur, bei der die Viskosität des Lötmittels plötzlich ansteigt, wurde während des Abkühlprozesses gefunden. Die Temperatur, bei der die Viskosität des Lötmittels plötzlich ansteigt, wurde als der Liquiduspunkt definiert. Deshalb wurde die Viskosität der Proben-Lötmittel während der Messung der Schmelztemperatur gemessen.
Bei der Messung der Spreitungsrate (d.h. die Benetzungsfähigkeit) gemäß dem Verfahren des "Spreitungsratentests", der im Abschnitt 8.3.1.1 von JIS Z 3197 (der das Testverfahren für Lötflussmittel definiert) spezifiziert ist, wurden speziell 0,3 g jedes Lötmittels mit einem Flussmittel auf eine oxidierte Kupferplatte gegeben, und dann wurde diese 30 Sekunden bei 250 °C erwärmt, wodurch das Lötmittel auf der Platte spreitete. Danach wurde das Lötmittel abgekühlt, um dasselbe zu verfestigen. Die Höhe des verfestigten Lötmittels wurde gemessen, und die Spreitungsrate desselben wurde aus der so gemessenen Höhe berechnet.
Die Ergebnisse der oben beschriebenen Messung sind in den folgenden Tabellen 11 bis 15 aufgeführt, in denen das Bewertungsergebnis bei jeder Probe mit den Symbolen "O", "Δ" und "x" hinzugefügt ist. Diese Symbole wurden gemäß dem nachstehend erklärten Standard hinzugefügt.
Wenn der Liquiduspunkt gleich oder weniger als 230 °C war, wurde das Symbol "O" hinzugefügt. Wenn er größer als 230 °C und gleich oder weniger als 240 °C war, wurde das Symbol "Δ" hinzugefügt. Wenn er größer als 240 °C war, wurde das Symbol "x" hinzugefügt.
Wenn die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit weniger als 0,15 μm/s betrug, wurde das Symbol "O" hinzugefügt. Wenn sie im Bereich von 0,15 μm/s bis 0,20 μm/s lagt, wurde das Symbol "Δ" hinzugefügt. Wenn sie höher als 0,20 μm/s war, wurde das Symbol "x" hinzugefügt.
Wenn die Viskosität gleich oder weniger als 2,5 cP betrug, wurde das Symbol "O" hinzugefügt. Wenn sie höher als 2,5 cP war, wurde das Symbol "x" hinzugefügt.
Wenn die Spreitungsrate gleich oder mehr als 75 % betrug, wurde das Symbol "O" hinzugefügt. Wenn sie niedriger als 75 % war, wurde das Symbol "x" hinzugefügt.
Wenn irgendeines der Messergebnisse das Symbol "x" einschloss, wurde das Gesamt-Bewertungsergebnis als "x" definiert. Wenn irgendeines der Messergebnisse das Symbol "Δ" einschloss, während keines der Messergebnisse das Symbol "x" einschloss, wurde das Gesamt-Bewertungsergebnis als "Δ" definiert. Wenn keines der Messergebnisse die Symbole "x" und "Δ" einschloss, mit anderen Worten, wenn alle Messergebnisse das Symbol "O" einschlossen, wurde das Gesamt-Bewertungsergebnis als "O" definiert.
Zusätzlich wurde, wenn die Probe das Symbol "x" bezüglich des Liquiduspunkts einschloss, das Gesamt-Bewertungsergebnis als "x" ohne Messungen der Viskosität und der Spreitungsrate definiert. Demgemäß schließen einige der Proben in den Tabellen 11 bis 15 keine Daten oder Ergebnisse ein.
TABELLE 11
TABELLE 12
TABELLE 13
TABELLE 14
TABELLE 15
Die Beziehung zwischen dem Ergebnis der Gesamtbewertung der Proben in den Tabellen 11 bis 15 und ihrem Ag-, Cu-, Ni- oder Fe-Gehalt ist in den 2A bis 2E, 3A bis 3E, 4A bis 4E bzw. 5A bis 5E gezeigt.
Die 2A bis 2E und die 3A bis 3E zeigen das Ergebnis der Proben, die nur Ni enthielten. In diesem Fall wird gefunden, dass das Gesamt-Bewertungsergebnis bei allen entsprechenden Proben "O" oder "Δ" ist, wenn der Cu-Gehalt im Bereich von 0,4 Gew.% bis 1,3 Gew.% liegt und der Ni-Gehalt im Bereich von 0,02 Gew.% bis 0,6 Gew.% liegt. Das Gesamt-Bewertungsergebnis wird nicht verändert, selbst wenn der Ag-Gehalt innerhalb des Bereichs von 1,0 Gew.% bis 4,0 Gew.% variiert.
Es wird auch gefunden, dass das Gesamt-Bewertungsergebnis bei allen entsprechenden Proben "O" oder "Δ" ist, wenn der Ag-Gehalt im Bereich von 1,0 Gew.% bis 4,0 Gew.% liegt und der Ni-Gehalt im Bereich von 0,02 Gew.% bis 0,06 Gew.% liegt. Das Gesamt-Bewertungsergebnis wird nicht verändert, selbst wenn der Cu-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,4 Gew.% bis 1,3 Gew.% variiert.
Darüber hinaus wird gefunden, dass das Gesamt-Bewertungsergebnis bei allen entsprechenden Proben "O" ist, wenn der Ni-Gehalt im Bereich von 0,02 Gew.% bis 0,06 Gew.% liegt. Das Gesamt-Bewertungsergebnis wird nicht verändert, selbst wenn der Ag-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,04 Gew.% bis 1,3 Gew.% variiert und der Cu-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,4 Gew.% bis 1,3 Gew.% variiert.
Die 4A bis 4E und die 5A bis 5E zeigen das Ergebnis der Proben, die nur Fe enthalten. In diesem Fall wird gefunden, dass das Gesamt-Bewertungsergebnis bei allen entsprechenden Proben "O" oder "Δ" ist, wenn der Cu-Gehalt im Bereich von 0,4 Gew.% bis 1,3 Gew.% liegt und der Fe-Gehalt im Bereich von 0,02 Gew.% bis 0,06 Gew.% liegt. Das Gesamt-Bewertungsergebnis wird nicht verändert, selbst wenn der Ag-Gehalt innerhalb des Bereichs von 1,0 Gew.% bis 4,0 Gew.% variiert.
Es wird auch gefunden, dass das Gesamt-Bewertungsergebnis bei allen entsprechenden Proben "O" oder "Δ" ist, wenn der Ag-Gehalt im Bereich von 1,0 Gew.% bis 4,0 Gew.% liegt und der Fe-Gehalt im Bereich von 0,02 Gew.% bis 0,06 Gew.% liegt. Das Gesamt-Bewertungsergebnis wird nicht verändert, selbst wenn der Cu-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,4 Gew.% bis 1,3 Gew.% variiert.
Anschließend werden die 6 bis 12 auf der Grundlage der in den Tabellen 11 bis 15 gezeigten Ergebnisse präsentiert, um die Wirkung durch den Zusatz von Ni und/oder Fe zu einem beliebten Sn-Ag-Cu-Lötmittel zu klären, welches 3,5 Gew.% Ag und 0,8 Gew.% Cu enthält.
6 zeigt die Beziehung zwischen dem Liquiduspunkt und dem Ni-Gehalt des Sn-Ag-Cu-Lötmittels, das 3,5 Gew.% Ag und 0,8 Gew.% Cu enthält. Es ist aus 6 ersichtlich, dass der Liquiduspunkt gleich oder niedriger als 230 °C ist, wenn der Ni-Gehalt 0,06 Gew.% oder weniger beträgt.
7 zeigt die Beziehung zwischen dem Liquiduspunkt und dem Ni-Gehalt des Sn-Ag-Cu-Lötmittels, das 3,5 Gew.% Ag, 0,8 Gew.% Cu und 0,02 Gew.% Fe enthält. Es ist aus 7 ersichtlich, dass der Liquiduspunkt gleich oder niedriger als 240 °C, wenn der Ni-Gehalt 0,06 Gew.% oder weniger beträgt, und gleich oder niedriger als 230 °C ist, wenn der Ni-Gehalt 0,04 Gew.% oder weniger beträgt.
8 zeigt die Beziehung zwischen der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit und dem Ni- und/oder Fe-Gehalt des Sn-Ag-Cu-Lötmittels, das 3,5 Gew.% Ag und 0,8 Gew.% Cu enthält. In 8 bezeichnet das Symbol "
" den Fall, in dem nur Ni zugesetzt ist, das Symbol "∎" bezeichnet den Fall, in dem nur Ni zugesetzt ist, und das Symbol "
" bezeichnet den Fall, in dem sowohl Ni als auch Fe zugesetzt sind, wobei der Ni-Gehalt verändert wurde, während der Fe-Gehalt bei 0,02 Gew.% festgehalten werden. Es ist aus 8 ersichtlich, dass in diesen drei Fällen die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit niedriger als 0,15 μm/s ist, wenn der Ni- und/oder Fe-Gehalt 0,02 Gew.% oder mehr beträgt.
9 zeigt die Beziehung zwischen der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit und dem Ag-Gehalt des Sn-Ag-Cu-Lötmittels, wenn der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird und der Cu-Gehalt bei 0,8 Gew.% festgehalten wird. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit und dem Cu-Gehalt des Sn-Ag-Cu-Lötmittels, wenn der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird und der Ag-Gehalt bei 3,5 Gew.% festgehalten wird. Es ist aus den 9 und 10 ersichtlich, dass die Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit geringer als 0,15 μm/s ist, wenn der Ni-Gehalt im Bereich von 0,02 Gew.% bis 0,06 Gew.% liegt, während der Ag-Gehalt im Bereich von 1 Gew.% bis 4 Gew.% liegt und der Cu-Gehalt im Bereich von 0,4 Gew.% bis 1,3 Gew.% liegt.
11 zeigt die Beziehung zwischen dem Liquiduspunkt und dem Ag-Gehalt des Sn-Ag-Cu-Lötmittels, wenn der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird und der Cu-Gehalt bei 0,8 Gew.% festgehalten wird. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem Liquiduspunkt und dem Cu-Gehalt des Sn-Ag-Cu-Lötmittels, wenn der Ni-Gehalt von 0 bis 0,1 Gew.% verändert wird und der Ag-Gehalt bei 3,5 Gew. festgehalten wird. Es ist aus den 11 und 12 ersichtlich, dass der Liquiduspunkt gleich oder niedriger als 240 °C ist, wenn der Ni-Gehalt im Bereich von 0,02 Gew.% bis 0,06 Gew.% liegt, während der Ag-Gehalt im Bereich von 1 Gew.% bis 4 Gew.% liegt und der Cu-Gehalt im Bereich von 0,4 Gew.% bis 1,2 Gew.% liegt. Es ist auch ersichtlich, dass der Liquiduspunkt gleich oder niedriger als 230 °C ist, wenn der Ni-Gehalt im Bereich von 0,02 Gew.% bis 0,04 Gew.% verändert wird. LEGENDE DER FIGUREN FIG. 1

COPPER DISSOLUTION RATE (μm/sec) – KUPFER-AUFLÖSUNGSGESCHWINDIGKEIT (μm/s)

Ag, Cu, Bi, In, Zn, Fe, Ni CONTENT (wt%) – Ag-, Cu-, Bi-, In-, Zn-, Fe-, Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 2A

Ag CONTENT: 0.5 wt% – Ag-GEHALT: 0,5 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 2B

Ag CONTENT: 1 wt% – Ag-GEHALT: 1 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 2C

Ag CONTENT: 3.5 wt% – Ag-GEHALT: 3,5 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 2D

Ag CONTENT: 4 wt% – Ag-GEHALT: 4 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 2E

Ag CONTENT: 5 wt% – Ag-GEHALT: 5 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 3A

Cu CONTENT: 0.2 wt% – Cu-GEHALT: 0,2 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 3B

Cu CONTENT: 0.4 wt% – Cu-GEHALT: 0,4 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 3C

Cu CONTENT: 0.8 wt% – Cu-GEHALT: 0,8 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 3D

Cu CONTENT: 1.2 wt% – Cu-GEHALT: 1,2 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 3E

Cu CONTENT: 1.6 wt% – Cu-GEHALT: 1,6 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 4A

Ag CONTENT: 0.5 wt% – Ag-GEHALT: 0,5 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 4B

Ag CONTENT: 1 wt% – Ag-GEHALT: 1 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 4C

Ag CONTENT: 3.5 wt% – Ag-GEHALT: 3,5 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 4D

Ag CONTENT: 4 wt% – Ag-GEHALT: 4 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 4E

Ag CONTENT: 5 wt% – Ag-GEHALT: 5 Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 5A

Cu CONTENT: 0.2 wt% – Cu-GEHALT: 0,2 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 5B

Cu CONTENT: 0.4 wt% – Cu-GEHALT: 0,4 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 5C

Cu CONTENT: 0.8 wt% – Cu-GEHALT: 0,8 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 5D

Cu CONTENT: 1.2 wt% – Cu-GEHALT: 1,2 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 5E

Cu CONTENT: 1.6 wt% – Cu-GEHALT: 1,6 Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

Fe CONTENT (wt%) – Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 6

LIQUIDUS TEMPERATURE (°C) – LIQUIDUSPUNKT (°C)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 7

LIQUIDUS TEMPERATURE (°C) – LIQUIDUSPUNKT (°C)

Ni CONTENT (wt%) – Ni-GEHALT (Gew.%)

FIG. 8

COPPER DISSOLUTION RATE (μm/sec) – KUPFER-AUFLÖSUNGSGESCHWINDIGKEIT (μm/s)

Ni AND Fe – Ni UND Fe

Ni, Fe CONTENT (wt%) – Ni-, Fe-GEHALT (Gew.%)

FIG. 9

COPPER DISSOLUTION RATE (μm/sec) – KUPFER-AUFLÖSUNGSGESCHWINDIGKEIT (μm/s)

wt% – Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

FIG. 10

COPPER DISSOLUTION RATE (μm/sec) – KUPFER-AUFLÖSUNGSGESCHWINDIGKEIT (μm/s)

wt% – Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

FIG. 11

LIQUIDUS TEMPERATURE (°C) – LIQUIDUSPUNKT (°C)

wt% – Gew.%

Ag CONTENT (wt%) – Ag-GEHALT (Gew.%)

FIG. 12

LIQUIDUS TEMPERATURE (°C) – LIQUIDUSPUNKT (°C)

wt% – Gew.%

Cu CONTENT (wt%) – Cu-GEHALT (Gew.%)

Claims

Bleifreies Lötmittel, bestehend aus: (a) 1,0 bis 4,0 Gew.-% Ag; (b) 0,4 bis 1,3 Gew.-% Cu; (c) 0,02 bis 0,06 Gew.-% Ni; (d) gegebenenfalls 0,02 bis 0,06 Gew.-% Fe; und (e) einem Rest aus Sn und unvermeidbaren Verunreinigungen; worin das Ni dazu dient, eine Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit des Lötmittels zu erniedrigen.
Lötmittel nach Anspruch 1, bei dem der Gehalt an Ni im Bereich von 0,02 bis 0,04 Gew.-% liegt.
Lötmittel nach Anspruch 1, bei dem das Lötmittel eine Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit von 0,20 μm/s oder weniger aufweist.
Lötmittel nach Anspruch 1, bei dem das Lötmittel einen Liquiduspunkt von 240°C oder niedriger aufweist.
Lötmittel nach Anspruch 1, bei dem das Lötmittel einen Liquiduspunkt von 230°C oder niedriger aufweist.
Lötmittel nach Anspruch 1, bei dem das Lötmittel eine Viskosität von 2,5 cP oder niedriger aufweist.
Lötmittel nach Anspruch 1, weiter enthaltend 0,02 bis 0,06 Gew.-% Fe.
Lötmittel nach Anspruch 1, weiter enthaltend 0,02 bis 0,05 Gew.-% Fe.
Bleifreies Lötmittel, bestehend aus: (a) 1,0 bis 4,0 Gew.-% Ag; (b) 0,4 bis 1,3 Gew.-% Cu; (c) 0,02 bis 0,06 Gew.-% Fe; und (d) einem Rest aus Sn und unvermeidbaren Verunreinigungen; wobei das Eisen dazu dient, eine Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit des Lötmittels zu erniedrigen.
Lötmittel nach Anspruch 9, in dem der Gehalt an Fe im Bereich von 0,02 bis 0,05 Gew.-% liegt.
Lötmittel nach Anspruch 9, bei dem das Lötmittel eine Kupfer-Auflösungsgeschwindigkeit von 0,20 μm/s oder weniger aufweist.
Lötmittel nach Anspruch 9, bei dem das Lötmittel einen Liquiduspunkt von 240°C oder niedriger aufweist.
Lötmittel nach Anspruch 9, bei dem das Lötmittel einen Liquiduspunkt von 230°C oder niedriger aufweist.
Lötmittel nach Anspruch 9, bei dem das Lötmittel eine Viskosität von 2,5 cP oder niedriger aufweist.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer gedruckten Leiterplatte, umfassend die Schritte: (a) Herstellen des Lötmittels nach Anspruch 1, 7 oder 9; und (b) selektives Auftragen des Lötmittels auf eine Cu-Stromkreisschicht einer gedruckten Leiterplatte.
Verfahren zur Befestigung von elektronischen Teilen auf einer gedruckten Leiterplatte, umfassend die Schritte: (a) Herstellen des Lötmittels nach Anspruch 1, 7 oder 9; und (b) Löten der elektronischen Teile auf eine Cu-Stromkreisschicht einer gedruckten Leiterplatte mit dem Lötmittel.