JP2001239392A - 鉛フリーはんだ、並びにこれを用いたはんだ接合部とはんだ接合法 - Google Patents
鉛フリーはんだ、並びにこれを用いたはんだ接合部とはんだ接合法Info
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- JP2001239392A JP2001239392A JP2000053329A JP2000053329A JP2001239392A JP 2001239392 A JP2001239392 A JP 2001239392A JP 2000053329 A JP2000053329 A JP 2000053329A JP 2000053329 A JP2000053329 A JP 2000053329A JP 2001239392 A JP2001239392 A JP 2001239392A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 環境上問題のある鉛を含まず、濡れ性に優
れ、接合信頼性が向上し、現行プロセスを用いることが
できる鉛フリーはんだを得る。 【解決手段】 鉛フリーはんだは、Ｚｎ０．１〜２．５
重量％、Ｂｉ３〜１０重量％、Ｉｎ３〜１２重量％、残
部Ｓｎとしたものである。
れ、接合信頼性が向上し、現行プロセスを用いることが
できる鉛フリーはんだを得る。 【解決手段】 鉛フリーはんだは、Ｚｎ０．１〜２．５
重量％、Ｂｉ３〜１０重量％、Ｉｎ３〜１２重量％、残
部Ｓｎとしたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器等のはん
だ接合に用いられる、環境負荷物質である鉛を含まない
鉛フリーはんだ、並びに鉛フリーはんだを用いたはんだ
接合部とはんだ接合法に関するものである。
だ接合に用いられる、環境負荷物質である鉛を含まない
鉛フリーはんだ、並びに鉛フリーはんだを用いたはんだ
接合部とはんだ接合法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子機器等の部品接合にはＳｎ―
Ｐｂを基本としたはんだ（Ｓｎ―３７Ｐｂ等）が用いら
れてきた。しかしながら、その中に含まれる鉛は有害性
物質であり、近年、廃棄された電子機器のはんだ中の鉛
が酸性雨等により土中に溶出したり、破砕時に粉塵が発
生することにより鉛が体内に入り込む危険性が高まって
いる。また鉛に含有する不純物等からα線が放射され
て、コンピュータが誤作動を起こすことも問題となりつ
つある。このような環境負荷の低減やコンピュータの誤
作動防止の点から鉛を含まないはんだ、すなわち鉛フリ
ーはんだの開発が行われている。
Ｐｂを基本としたはんだ（Ｓｎ―３７Ｐｂ等）が用いら
れてきた。しかしながら、その中に含まれる鉛は有害性
物質であり、近年、廃棄された電子機器のはんだ中の鉛
が酸性雨等により土中に溶出したり、破砕時に粉塵が発
生することにより鉛が体内に入り込む危険性が高まって
いる。また鉛に含有する不純物等からα線が放射され
て、コンピュータが誤作動を起こすことも問題となりつ
つある。このような環境負荷の低減やコンピュータの誤
作動防止の点から鉛を含まないはんだ、すなわち鉛フリ
ーはんだの開発が行われている。
【０００３】現在までに開発されている鉛フリーはんだ
はＳｎ―Ａｇ系、Ｓｎ―Ｃｕ系、Ｓｎ―Ｚｎ系およびＳ
ｎ―Ｂｉ系の４つに分類できる。上記鉛フリーはんだの
融点（液相線温度）は各々約２２０℃、２３０℃、２０
０℃、１４０℃であり、Ｓｎ―３７Ｐｂ（融点：１８３
℃）に最も近い融点を有するのはＳｎ―Ｚｎ系である。
なお、現行の加熱プロセスはＳｎ―３７Ｐｂの融点より
約３０℃高い約２１０℃で施され、部品の耐熱性を考え
ると加熱温度は２４０℃以下が望ましい。つまり、加熱
温度を融点よりも３０℃高く設定すると、はんだの液相
線温度は２１０℃以下である必要がある。また素子の動
作や使用時の熱負荷によってはんだ接合部は約１５０℃
まで上昇することがあるため、はんだの固相線温度は１
５０℃以上である必要もある。
はＳｎ―Ａｇ系、Ｓｎ―Ｃｕ系、Ｓｎ―Ｚｎ系およびＳ
ｎ―Ｂｉ系の４つに分類できる。上記鉛フリーはんだの
融点（液相線温度）は各々約２２０℃、２３０℃、２０
０℃、１４０℃であり、Ｓｎ―３７Ｐｂ（融点：１８３
℃）に最も近い融点を有するのはＳｎ―Ｚｎ系である。
なお、現行の加熱プロセスはＳｎ―３７Ｐｂの融点より
約３０℃高い約２１０℃で施され、部品の耐熱性を考え
ると加熱温度は２４０℃以下が望ましい。つまり、加熱
温度を融点よりも３０℃高く設定すると、はんだの液相
線温度は２１０℃以下である必要がある。また素子の動
作や使用時の熱負荷によってはんだ接合部は約１５０℃
まで上昇することがあるため、はんだの固相線温度は１
５０℃以上である必要もある。
【０００４】以上の要因により、Ｓｎ―Ａｇ系およびＳ
ｎ―Ｃｕ系は融点が高いので製品への適用は困難であ
る。またＳｎ―Ｂｉ系は再溶融すること等が懸念される
ため、製品によっては適用が困難である。よってＳｎ―
３７Ｐｂ代替鉛フリーはんだとして最も有望なのは融点
の面からはＳｎ―Ｚｎ系であると言える。
ｎ―Ｃｕ系は融点が高いので製品への適用は困難であ
る。またＳｎ―Ｂｉ系は再溶融すること等が懸念される
ため、製品によっては適用が困難である。よってＳｎ―
３７Ｐｂ代替鉛フリーはんだとして最も有望なのは融点
の面からはＳｎ―Ｚｎ系であると言える。
【０００５】また、鉛フリーはんだを適用するには融点
の他に、素子の動作や使用時の熱環境により、主に材料
間の熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生したときに
充分な信頼性を有することも必要となり、鉛フリーはん
だ適用時に現行の接合信頼性評価スペックを満たすに
は、Ｓｎ―３７Ｐｂと同等あるいはそれ以上の接合信頼
性が必須である。
の他に、素子の動作や使用時の熱環境により、主に材料
間の熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生したときに
充分な信頼性を有することも必要となり、鉛フリーはん
だ適用時に現行の接合信頼性評価スペックを満たすに
は、Ｓｎ―３７Ｐｂと同等あるいはそれ以上の接合信頼
性が必須である。
【０００６】Ｓｎ―Ｚｎ系を用いて部品を接合した場
合、その接合部の組織はＳｎの粒界に針、塊または粒等
さまざまな形状の、主としてＺｎからなる相（Ｚｎ相と
称する）が分散している形態を取ることが知られてい
る。このＺｎ相が微細に分散した場合は、はんだ接合部
の強度が大で、接合信頼性が高い。しかしながら、粗大
なＺｎ相が分散すると、発生した熱応力によりはんだ内
に亀裂が発生する際Ｓｎと粗大なＺｎ相との粒界が亀裂
伝搬経路となり、亀裂進展を助長して接合信頼性を低下
させていた。従って信頼性確保の点からは、Ｓｎ―Ｚｎ
系を適用した際のＺｎ相の成長を抑制する手法や、Ｚｎ
相の大きさをどの程度に抑制する必要があるかというこ
とを明らかにすることが望まれていた。
合、その接合部の組織はＳｎの粒界に針、塊または粒等
さまざまな形状の、主としてＺｎからなる相（Ｚｎ相と
称する）が分散している形態を取ることが知られてい
る。このＺｎ相が微細に分散した場合は、はんだ接合部
の強度が大で、接合信頼性が高い。しかしながら、粗大
なＺｎ相が分散すると、発生した熱応力によりはんだ内
に亀裂が発生する際Ｓｎと粗大なＺｎ相との粒界が亀裂
伝搬経路となり、亀裂進展を助長して接合信頼性を低下
させていた。従って信頼性確保の点からは、Ｓｎ―Ｚｎ
系を適用した際のＺｎ相の成長を抑制する手法や、Ｚｎ
相の大きさをどの程度に抑制する必要があるかというこ
とを明らかにすることが望まれていた。
【０００７】そこで、上記Ｚｎ相の成長を抑制する手法
として、例えば特開平９―１９７９２号公報には、Ｓｎ
―ＸＺｎ―ＹＩｎ（４≦Ｘ≦９、２≦Ｙ≦３：重量％）
にＢｉを２〜５重量％添加することによってＺｎ相の成
長を抑制し、他の微細構造を有することによって、はん
だの機械強度を向上させる手法が開示されている。
として、例えば特開平９―１９７９２号公報には、Ｓｎ
―ＸＺｎ―ＹＩｎ（４≦Ｘ≦９、２≦Ｙ≦３：重量％）
にＢｉを２〜５重量％添加することによってＺｎ相の成
長を抑制し、他の微細構造を有することによって、はん
だの機械強度を向上させる手法が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のはんだは不規則な針状の樹枝状晶は抑制されている
が、Ｚｎ相の長さについては検討されておらず、上記は
んだを用いて、Ｓｎ―Ｐｂ系で使用しているプロセス
（例えばプリヒート１５０±１０℃で、６０秒以上、メ
インヒート２１０℃で３０秒以上）やフラックスを用い
て接合した場合、充分な接合信頼性が得られず、また充
分なはんだ濡れ性も得られないので、ボイドの発生、被
接合部材との密着性の悪化等により接合部の接合信頼性
が悪化するという問題があった。
来のはんだは不規則な針状の樹枝状晶は抑制されている
が、Ｚｎ相の長さについては検討されておらず、上記は
んだを用いて、Ｓｎ―Ｐｂ系で使用しているプロセス
（例えばプリヒート１５０±１０℃で、６０秒以上、メ
インヒート２１０℃で３０秒以上）やフラックスを用い
て接合した場合、充分な接合信頼性が得られず、また充
分なはんだ濡れ性も得られないので、ボイドの発生、被
接合部材との密着性の悪化等により接合部の接合信頼性
が悪化するという問題があった。
【０００９】本発明はかかる課題を解消するためになさ
れたもので、環境上問題のある鉛を含まず、濡れ性に優
れた鉛フリーはんだを得ることを目的とする。また、高
い信頼性が得られる接合部を形成することができ、ま
た、現行プロセスを用いることができ作業性に優れた鉛
フリーはんだを得ることを目的とする。さらに、接合信
頼性の高いはんだ接合部とはんだ接合法を得ることを目
的とする。
れたもので、環境上問題のある鉛を含まず、濡れ性に優
れた鉛フリーはんだを得ることを目的とする。また、高
い信頼性が得られる接合部を形成することができ、ま
た、現行プロセスを用いることができ作業性に優れた鉛
フリーはんだを得ることを目的とする。さらに、接合信
頼性の高いはんだ接合部とはんだ接合法を得ることを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の鉛フ
リーはんだは、Ｓｎを主成分とし、Ｚｎ、ＢｉおよびＩ
ｎを含有し、かつＺｎを０．１〜２．５重量％含有する
ものである。
リーはんだは、Ｓｎを主成分とし、Ｚｎ、ＢｉおよびＩ
ｎを含有し、かつＺｎを０．１〜２．５重量％含有する
ものである。
【００１１】本発明に係る第２の鉛フリーはんだは、上
記第１の鉛フリーはんだにおいて、Ｂｉを３〜１０重量
％、Ｉｎを３〜１２重量％含有するものである。
記第１の鉛フリーはんだにおいて、Ｂｉを３〜１０重量
％、Ｉｎを３〜１２重量％含有するものである。
【００１２】本発明に係る第３の鉛フリーはんだは、上
記第１または第２の鉛フリーはんだにおいて、固相線温
度が１５０℃以上で、液相線温度が２１０℃以下のもの
である。
記第１または第２の鉛フリーはんだにおいて、固相線温
度が１５０℃以上で、液相線温度が２１０℃以下のもの
である。
【００１３】本発明に係る第１のはんだ接合部は、第
１、第２部材を接合し、ＳｎおよびＺｎを主成分とする
鉛フリーはんだからなり、主としてＺｎからなる相の長
さが１０μｍ未満のものである。
１、第２部材を接合し、ＳｎおよびＺｎを主成分とする
鉛フリーはんだからなり、主としてＺｎからなる相の長
さが１０μｍ未満のものである。
【００１４】本発明に係る第２のはんだ接合部は、上記
第１のはんだ接合部において、上記第１ないし第３のい
ずれかの鉛フリーはんだを用いたものである。
第１のはんだ接合部において、上記第１ないし第３のい
ずれかの鉛フリーはんだを用いたものである。
【００１５】本発明に係る第１のはんだ接合法は、第
１、第２接合部材の接合面の少なくとも一方に、Ｓｎお
よびＺｎを主成分とする鉛フリーはんだ層を形成して第
１、第２接合部材を接合するはんだ接合法において、上
記溶融した鉛フリーはんだを、冷却速度が毎秒１００℃
以上の冷却過程を経て冷却する工程を施す方法である。
１、第２接合部材の接合面の少なくとも一方に、Ｓｎお
よびＺｎを主成分とする鉛フリーはんだ層を形成して第
１、第２接合部材を接合するはんだ接合法において、上
記溶融した鉛フリーはんだを、冷却速度が毎秒１００℃
以上の冷却過程を経て冷却する工程を施す方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の第１の実
施の形態の鉛フリーはんだは、Ｓｎを主成分とし、Ｚ
ｎ、ＢｉおよびＩｎを含有し、かつＺｎを０．１〜２．
５重量％含有するものであり、環境上問題となる鉛を含
まず、優れた濡れ性を有する。融点を低下させるために
含有するＺｎの含有量が０．１重量％未満では融点はほ
とんど低下せず、２．５重量％より多いと充分な濡れ性
が得られない。
施の形態の鉛フリーはんだは、Ｓｎを主成分とし、Ｚ
ｎ、ＢｉおよびＩｎを含有し、かつＺｎを０．１〜２．
５重量％含有するものであり、環境上問題となる鉛を含
まず、優れた濡れ性を有する。融点を低下させるために
含有するＺｎの含有量が０．１重量％未満では融点はほ
とんど低下せず、２．５重量％より多いと充分な濡れ性
が得られない。
【００１７】実施の形態２．本発明の第２の実施の形態
の鉛フリーはんだは、Ｚｎが０．１〜２．５重量％、Ｂ
ｉが３〜１０重量％、Ｉｎが３〜１２重量％、残部Ｓｎ
であるはんだであり、上記はんだを用いて接合した接合
部の組織において、Ｓｎの粒界に存在する主としてＺｎ
からなる相（Ｚｎ相）の長さを１０μｍ未満にすること
ができ、これによって亀裂進展を抑制し、高い接合信頼
性が得られ、更に固相線温度を１５０℃以上、液相線温
度を２１０℃以下にすることができる。
の鉛フリーはんだは、Ｚｎが０．１〜２．５重量％、Ｂ
ｉが３〜１０重量％、Ｉｎが３〜１２重量％、残部Ｓｎ
であるはんだであり、上記はんだを用いて接合した接合
部の組織において、Ｓｎの粒界に存在する主としてＺｎ
からなる相（Ｚｎ相）の長さを１０μｍ未満にすること
ができ、これによって亀裂進展を抑制し、高い接合信頼
性が得られ、更に固相線温度を１５０℃以上、液相線温
度を２１０℃以下にすることができる。
【００１８】Ｚｎを含有させる理由は融点を低下させる
ことにある。Ｚｎ含有量が０．１重量％未満では融点は
ほとんど低下しない。Ｚｎ含有量が２．５重量％より多
いと上記Ｚｎ相の長さが長くなり、亀裂進展を速める。
Ｂｉを含有させる理由は融点を低下させることと、上記
Ｚｎ相を微細化させることにある。Ｂｉ含有量が３重量
％未満では融点はほとんど低下せず、上記Ｚｎ相も微細
化されない。Ｂｉ含有量が１２重量％より多いとＳｎ―
Ｂｉ低温共晶（融点１３９℃）が生成し、製品使用時の
熱負荷により再溶融する。Ｉｎを含有させる理由は融点
を低下させることと、Ｓｎを微細化させるとともに上記
Ｚｎ相を微細化させることにある。Ｉｎ含有量が３重量
％未満では融点はほとんど低下せず、Ｓｎも微細化され
ず、Ｚｎ相も微細化されない。Ｉｎ含有量が１０重量％
より多いとＳｎ―Ｉｎ低温共晶（融点１２０℃）が生成
し、製品使用時に熱負荷により再溶融する。
ことにある。Ｚｎ含有量が０．１重量％未満では融点は
ほとんど低下しない。Ｚｎ含有量が２．５重量％より多
いと上記Ｚｎ相の長さが長くなり、亀裂進展を速める。
Ｂｉを含有させる理由は融点を低下させることと、上記
Ｚｎ相を微細化させることにある。Ｂｉ含有量が３重量
％未満では融点はほとんど低下せず、上記Ｚｎ相も微細
化されない。Ｂｉ含有量が１２重量％より多いとＳｎ―
Ｂｉ低温共晶（融点１３９℃）が生成し、製品使用時の
熱負荷により再溶融する。Ｉｎを含有させる理由は融点
を低下させることと、Ｓｎを微細化させるとともに上記
Ｚｎ相を微細化させることにある。Ｉｎ含有量が３重量
％未満では融点はほとんど低下せず、Ｓｎも微細化され
ず、Ｚｎ相も微細化されない。Ｉｎ含有量が１０重量％
より多いとＳｎ―Ｉｎ低温共晶（融点１２０℃）が生成
し、製品使用時に熱負荷により再溶融する。
【００１９】実施の形態３．上記実施の形態において、
はんだの固相線温度が１５０℃以上、液相線温度が２１
０℃以下であると、素子の動作や使用時の熱負荷による
はんだの再溶融がなく、部品損傷がないため、現行プロ
セスを用いることができる。また、Ｓｎ、Ｚｎを主成分
とするはんだを用いた接合部において、上記Ｚｎ相の長
さが１０μｍ以上の組織であれば亀裂進展を速め接合信
頼性を低下させるが、Ｚｎ相の長さが１０μｍ未満の組
織であれば亀裂進展は抑制され、接合信頼性を増加させ
る。
はんだの固相線温度が１５０℃以上、液相線温度が２１
０℃以下であると、素子の動作や使用時の熱負荷による
はんだの再溶融がなく、部品損傷がないため、現行プロ
セスを用いることができる。また、Ｓｎ、Ｚｎを主成分
とするはんだを用いた接合部において、上記Ｚｎ相の長
さが１０μｍ以上の組織であれば亀裂進展を速め接合信
頼性を低下させるが、Ｚｎ相の長さが１０μｍ未満の組
織であれば亀裂進展は抑制され、接合信頼性を増加させ
る。
【００２０】実施の形態４．Ｓｎ、Ｚｎを主成分とする
はんだを用いて第１、第２の接合部材を接合する場合、
上記接合部材の少なくとも一方に上記はんだの溶融層を
設け、毎秒１００℃以上の冷却速度で冷却する工程を施
すことにより、上記Ｚｎ相の長さを１０μｍ未満にする
ことができ、亀裂進展を抑制し、高い接合信頼性を得る
ことができる。
はんだを用いて第１、第２の接合部材を接合する場合、
上記接合部材の少なくとも一方に上記はんだの溶融層を
設け、毎秒１００℃以上の冷却速度で冷却する工程を施
すことにより、上記Ｚｎ相の長さを１０μｍ未満にする
ことができ、亀裂進展を抑制し、高い接合信頼性を得る
ことができる。
【００２１】上記実施の形態において、本発明の実施の
形態の鉛フリーはんだは、ロジン系樹脂や溶剤、活性剤
等と混合してクリームはんだを調整し、リフロー方式に
よりはんだ付けするようにしてもよい。この場合、使用
されるロジン系樹脂、溶剤、活性剤としては、通常のク
リームはんだに使用可能なものであればいずれも使用で
きる。
形態の鉛フリーはんだは、ロジン系樹脂や溶剤、活性剤
等と混合してクリームはんだを調整し、リフロー方式に
よりはんだ付けするようにしてもよい。この場合、使用
されるロジン系樹脂、溶剤、活性剤としては、通常のク
リームはんだに使用可能なものであればいずれも使用で
きる。
【００２２】
【実施例】実施例１.表１に示す配合組成のＳｎ―Ｚｎ
鉛フリーはんだを用い、下記に示す方法によりはんだ濡
れ性を評価し、表１に結果を示す。
鉛フリーはんだを用い、下記に示す方法によりはんだ濡
れ性を評価し、表１に結果を示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】はんだ濡れ性をＣｕブロック上に置いた７
ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのはんだを１３５℃で３０秒間、そ
の後２４０℃で３０秒間加熱した後、はんだの濡れ拡が
り面積で評価し、濡れ拡がり面積が初期はんだ面積より
も大きいものをＡ、初期はんだ面積と同等のものをＢ、
初期はんだ面積より小さいものをＣとして評価した。
ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのはんだを１３５℃で３０秒間、そ
の後２４０℃で３０秒間加熱した後、はんだの濡れ拡が
り面積で評価し、濡れ拡がり面積が初期はんだ面積より
も大きいものをＡ、初期はんだ面積と同等のものをＢ、
初期はんだ面積より小さいものをＣとして評価した。
【００２５】表１から、Ｚｎの含有量が約２．５重量％
以下であれば、はんだ濡れ性は良好である（ランクＡ、
Ｂ）が、それを越えたＺｎ含有量になると、はんだ濡れ
性が悪くなる（ランクＣ）。よって、Ｓｎ―Ｚｎ鉛フリ
ーはんだにおいて、はんだ濡れ性の面からＺｎ含有量は
２．５重量％以下が望ましい。
以下であれば、はんだ濡れ性は良好である（ランクＡ、
Ｂ）が、それを越えたＺｎ含有量になると、はんだ濡れ
性が悪くなる（ランクＣ）。よって、Ｓｎ―Ｚｎ鉛フリ
ーはんだにおいて、はんだ濡れ性の面からＺｎ含有量は
２．５重量％以下が望ましい。
【００２６】実施例２．表２に示す配合組成の鉛フリー
はんだと、従来の含鉛はんだを用い、下記に示す方法に
より表に示す特性を測定し結果を示す。
はんだと、従来の含鉛はんだを用い、下記に示す方法に
より表に示す特性を測定し結果を示す。
【００２７】
【表２】
【００２８】本発明の実施例の鉛フリーはんだを用いた
接合部におけるＺｎ相の長さと、接合信頼性とを評価し
た。つまり、各組成のはんだの融点（固相線温度、液線
温度）はＤＳＣ曲線から推定した。また、Ｚｎ相の長さ
は、上記はんだによりＳｉチップとガラスエポキシ基板
とを接合したサンプルを４つずつ作製し、その内の２つ
の任意の５箇所の断面をＳＥＭ観察し、最も長いＺｎ相
の長さを測定することにより決定した。また、接合信頼
性は、上記サンプルの残り２つに、０℃で３０分間の保
持と、その後１００℃で３０分間の加熱を１サイクルと
した熱サイクル試験を行い、試験中に所定回路の導体抵
抗値を連続でモニタしたときの不導通となるまでの熱サ
イクル回数（２サンプルの平均）により評価した。
接合部におけるＺｎ相の長さと、接合信頼性とを評価し
た。つまり、各組成のはんだの融点（固相線温度、液線
温度）はＤＳＣ曲線から推定した。また、Ｚｎ相の長さ
は、上記はんだによりＳｉチップとガラスエポキシ基板
とを接合したサンプルを４つずつ作製し、その内の２つ
の任意の５箇所の断面をＳＥＭ観察し、最も長いＺｎ相
の長さを測定することにより決定した。また、接合信頼
性は、上記サンプルの残り２つに、０℃で３０分間の保
持と、その後１００℃で３０分間の加熱を１サイクルと
した熱サイクル試験を行い、試験中に所定回路の導体抵
抗値を連続でモニタしたときの不導通となるまでの熱サ
イクル回数（２サンプルの平均）により評価した。
【００２９】表２に示すように、試料番号１１〜１４は
最大Ｚｎ相が１０μｍ以上となっており、不導通までの
サイクル数がＳｎ−３７Ｐｂと比較して短い。試料番号
１５〜１６は、Ｂｉ、Ｉｎ含有量が多いために固相線温
度が１５０℃未満となっているが、最大Ｚｎ相が１０μ
ｍ未満で、不導通までのサイクルがＳｎ−３７Ｐｂより
多い。試料番号１１、１２、１７、１８、２３、２４、
２９、３０、３５、３６はＢｉ、Ｉｎの含有量が少ない
ため、３７、３８はＺｎの含有量が少ないために液相線
温度が２１０℃を越えている。試料番号１５、１６、１
７、２１、２２、２７、２８、３３、３４、３９、４０
ではＢｉまたはＩｎ含有量が多いために固相線温度が１
５０℃未満になっている。
最大Ｚｎ相が１０μｍ以上となっており、不導通までの
サイクル数がＳｎ−３７Ｐｂと比較して短い。試料番号
１５〜１６は、Ｂｉ、Ｉｎ含有量が多いために固相線温
度が１５０℃未満となっているが、最大Ｚｎ相が１０μ
ｍ未満で、不導通までのサイクルがＳｎ−３７Ｐｂより
多い。試料番号１１、１２、１７、１８、２３、２４、
２９、３０、３５、３６はＢｉ、Ｉｎの含有量が少ない
ため、３７、３８はＺｎの含有量が少ないために液相線
温度が２１０℃を越えている。試料番号１５、１６、１
７、２１、２２、２７、２８、３３、３４、３９、４０
ではＢｉまたはＩｎ含有量が多いために固相線温度が１
５０℃未満になっている。
【００３０】つまり、上記表１および表２から、Ｚｎ量
が０．１〜２．５重量％であれば、はんだ濡れ性が良好
であることがわかる。また、Ｚｎ相の長さが１０μｍ未
満であると、不導通までのサイクル数が従来のＳｎ―３
７Ｐｂはんだより多く、接合信頼性が向上する。なお、
試料番号９、１０、１５、１６、２１、２２（Ｓｎを主
成分とし、Ｚｎが０．１〜２．５重量％、Ｂｉが３〜１
０重量％、Ｉｎが３〜１２重量％）は、固相線温度１５
０℃以上液相線温度が２１０℃以下であり、かつＺｎ相
の長さが１０μｍ未満で、不導通までのサイクル数もＳ
ｎ−３７Ｐｂと比べて長いことから接合信頼性がＳｎ−
３７Ｐｂよりも高い。
が０．１〜２．５重量％であれば、はんだ濡れ性が良好
であることがわかる。また、Ｚｎ相の長さが１０μｍ未
満であると、不導通までのサイクル数が従来のＳｎ―３
７Ｐｂはんだより多く、接合信頼性が向上する。なお、
試料番号９、１０、１５、１６、２１、２２（Ｓｎを主
成分とし、Ｚｎが０．１〜２．５重量％、Ｂｉが３〜１
０重量％、Ｉｎが３〜１２重量％）は、固相線温度１５
０℃以上液相線温度が２１０℃以下であり、かつＺｎ相
の長さが１０μｍ未満で、不導通までのサイクル数もＳ
ｎ−３７Ｐｂと比べて長いことから接合信頼性がＳｎ−
３７Ｐｂよりも高い。
【００３１】実施例３．表３に示すＳｎ―Ｚｎ系はんだ
を用いてＳｉチップと基板とを接合する際の溶融したは
んだの冷却速度を変えてサンプルを作製し、断面をＳＥ
Ｍ観察してＺｎ相の長さを測定し表３に結果を示す。
を用いてＳｉチップと基板とを接合する際の溶融したは
んだの冷却速度を変えてサンプルを作製し、断面をＳＥ
Ｍ観察してＺｎ相の長さを測定し表３に結果を示す。
【００３２】
【表３】
【００３３】試料番号４２〜５５において、冷却速度は
毎秒約１００℃以下の場合（試料番号４２、４３、４
４、４７、４８、４９、５２、５３）は、Ｚｎ相の長さ
は１０μｍ以上となっていることから、亀裂が発生した
際に亀裂進展を速め、接合信頼性を低下させる。しかし
ながら、冷却速度を大きくしていき、冷却速度が毎秒１
００℃以上の全ての試料（試料番号４５、４６、５０、
５１、５４、５５）ではＺｎ相の長さが１０μｍ未満と
なっている。よって亀裂進展は抑制でき、接合信頼性は
高いと推測できる。
毎秒約１００℃以下の場合（試料番号４２、４３、４
４、４７、４８、４９、５２、５３）は、Ｚｎ相の長さ
は１０μｍ以上となっていることから、亀裂が発生した
際に亀裂進展を速め、接合信頼性を低下させる。しかし
ながら、冷却速度を大きくしていき、冷却速度が毎秒１
００℃以上の全ての試料（試料番号４５、４６、５０、
５１、５４、５５）ではＺｎ相の長さが１０μｍ未満と
なっている。よって亀裂進展は抑制でき、接合信頼性は
高いと推測できる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の第１の鉛フリーはんだは、Ｓｎ
を主成分とし、Ｚｎ、ＢｉおよびＩｎを含有し、かつＺ
ｎを０．１〜２．５重量％含有するもので、はんだ濡れ
性が向上するという効果がある。
を主成分とし、Ｚｎ、ＢｉおよびＩｎを含有し、かつＺ
ｎを０．１〜２．５重量％含有するもので、はんだ濡れ
性が向上するという効果がある。
【００３５】本発明の第２の鉛フリーはんだは、上記第
１の鉛フリーはんだにおいて、Ｂｉを３〜１０重量％、
Ｉｎを３〜１２重量％含有するもので、現行プロセスの
使用が可能で、接合信頼性が向上するという効果があ
る。
１の鉛フリーはんだにおいて、Ｂｉを３〜１０重量％、
Ｉｎを３〜１２重量％含有するもので、現行プロセスの
使用が可能で、接合信頼性が向上するという効果があ
る。
【００３６】本発明の第３の鉛フリーはんだは、上記第
１または第２の鉛フリーはんだにおいて、固相線温度が
１５０℃以上で、液相線温度が２１０℃以下のもので、
現行プロセスの使用が可能であるという効果がある。
１または第２の鉛フリーはんだにおいて、固相線温度が
１５０℃以上で、液相線温度が２１０℃以下のもので、
現行プロセスの使用が可能であるという効果がある。
【００３７】本発明の第１のはんだ接合部は、第１、第
２部材を接合し、ＳｎおよびＺｎを主成分とする鉛フリ
ーはんだからなり、主としてＺｎからなる相の長さが１
０μｍ未満のもので、接合信頼性が向上するという効果
がある。
２部材を接合し、ＳｎおよびＺｎを主成分とする鉛フリ
ーはんだからなり、主としてＺｎからなる相の長さが１
０μｍ未満のもので、接合信頼性が向上するという効果
がある。
【００３８】本発明の第２のはんだ接合部は、上記第１
のはんだ接合部において、上記第１ないし第３のいずれ
かの鉛フリーはんだを用いたもので、接合信頼性が向上
するという効果がある。
のはんだ接合部において、上記第１ないし第３のいずれ
かの鉛フリーはんだを用いたもので、接合信頼性が向上
するという効果がある。
【００３９】本発明の第１のはんだ接合法は、第１、第
２接合部材の接合面の少なくとも一方に、ＳｎおよびＺ
ｎを主成分とする鉛フリーはんだ層を形成して第１、第
２接合部材を接合するはんだ接合法において、上記溶融
した鉛フリーはんだを、冷却速度が毎秒１００℃以上の
冷却過程を経て冷却する工程を施す方法で、接合信頼性
が向上するという効果がある。
２接合部材の接合面の少なくとも一方に、ＳｎおよびＺ
ｎを主成分とする鉛フリーはんだ層を形成して第１、第
２接合部材を接合するはんだ接合法において、上記溶融
した鉛フリーはんだを、冷却速度が毎秒１００℃以上の
冷却過程を経て冷却する工程を施す方法で、接合信頼性
が向上するという効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 101:36 Ｂ２３Ｋ 101:36
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｓｎを主成分とし、Ｚｎ、ＢｉおよびＩ
ｎを含有し、かつＺｎを０．１〜２．５重量％含有する
鉛フリーはんだ。 - 【請求項２】 Ｂｉを３〜１０重量％、Ｉｎを３〜１２
重量％含有することを特徴とする請求項１に記載の鉛フ
リーはんだ。 - 【請求項３】 固相線温度が１５０℃以上で、液相線温
度が２１０℃以下であることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の鉛フリーはんだ。 - 【請求項４】 第１、第２部材を接合し、ＳｎおよびＺ
ｎを主成分とする鉛フリーはんだからなり、主としてＺ
ｎからなる相の長さが１０μｍ未満であるはんだ接合
部。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の鉛フリーはんだを用いることを特徴とする請求項４
に記載のはんだ接合部。 - 【請求項６】 第１、第２接合部材の接合面の少なくと
も一方に、ＳｎおよびＺｎを主成分とする鉛フリーはん
だ層を形成して第１、第２接合部材を接合するはんだ接
合法において、上記溶融した鉛フリーはんだを、冷却速
度が毎秒１００℃以上の冷却過程を経て冷却する工程を
施すことを特徴とするはんだ接合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000053329A JP2001239392A (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | 鉛フリーはんだ、並びにこれを用いたはんだ接合部とはんだ接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000053329A JP2001239392A (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | 鉛フリーはんだ、並びにこれを用いたはんだ接合部とはんだ接合法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001239392A true JP2001239392A (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=18574728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000053329A Pending JP2001239392A (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | 鉛フリーはんだ、並びにこれを用いたはんだ接合部とはんだ接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001239392A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2623826A1 (en) * | 2004-11-24 | 2013-08-07 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Alloy for a fusible plug and a fusible plug |
| CN106181108A (zh) * | 2016-08-11 | 2016-12-07 | 北京康普锡威科技有限公司 | 一种SnBiZn系低温无铅焊料及其制备方法 |
| WO2020118613A1 (zh) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 北京联金高新科技有限公司 | SnZn系无铅焊料及其制备方法 |
| CN113084391A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-09 | 哈尔滨理工大学 | 一种低熔点绿色柔性3d封装合金 |
| CN113146092A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-07-23 | 湖南大学 | 一种Sn-Bi-In-Zn合金无铅焊料及其制备方法和应用 |
-
2000
- 2000-02-29 JP JP2000053329A patent/JP2001239392A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2623826A1 (en) * | 2004-11-24 | 2013-08-07 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Alloy for a fusible plug and a fusible plug |
| US9175782B2 (en) | 2004-11-24 | 2015-11-03 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Alloy for a fusible plug and a fusible plug |
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