JP2003105462A - はんだペースト用Au−Sn合金粉末 - Google Patents
はんだペースト用Au−Sn合金粉末Info
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Abstract
に使用する耐酸化性に優れたAu−Sn合金粉末を提供
する。 【解決手段】Sn:15〜25質量%を含有し、残りが
Auおよび不可避不純物からなる組成を有するAu−S
n合金粉末1の表面に、Sn:7〜12質量%を含有
し、残りがAuおよび不可避不純物からなる組成を有す
るAu濃度の濃いAuリッチ相2が10面積%以上析出
している組織を有する。
Description
だペーストを製造するために使用する耐酸化性に優れた
Au−Sn合金粉末に関するものである。
は、GaAs光素子、GaAs高周波素子、熱伝素子な
どの半導体素子と基板との接合や微細かつ高気密性が要
求されるSAWフィルター、水晶発信子などの封止に使
用されている。このAu−Sn合金はんだペーストに含
まれるAu−Sn合金粉末は、Sn:15〜25質量%
を含有し、残りがAuおよび不可避不純物からなる組成
を有することが知られており、一般に、ガスアトマイズ
して得られることも知られている。
により製造するには、通常、Au−Sn合金を溶解して
温度:600〜1000℃に保持し、この溶湯をArガ
ス置換などにより酸素を少なくした低酸素雰囲気中、圧
力:300〜800kPaで加圧しながら噴射圧力:5
000〜8000kPaで直径:2〜3mmのノズルか
ら噴射して製造する。このようにして得られたAu−S
n合金粉末は2〜20質量%のペースト化剤と混合して
Au−Sn合金はんだペーストを製造する。
下でガスアトマイズして得られたAu−Sn合金粉末
は、一般にその表面に薄い酸化膜を形成し、直径の小さ
い粉末の割合が増加するほど表面積が増加して酸素含有
割合が高くなる。また、Au−Sn合金粉末をただちに
ペースト化剤と混合してAu−Sn合金はんだペースト
を製造する場合は特に問題は無いが、受注タイミングや
製造工程の都合上、長期間の保管や保管パッケージを何
度も開封する場合があり、粉末表面の酸化が進行する。
この表面酸化したAu−Sn合金粉末を使用して作製し
たAu−Sn合金はんだペーストは、濡れ広がり性が低
下し、さらにはんだ接合部にボイドが多く発生するなど
はんだ付けに対する信頼性が低下する。
長期間大気中に保存しても表面が酸化することの少ない
Au−Sn合金粉末を作製し、それによって課題を解決
すべく研究を行った。その結果、(a)ガスアトマイズ
する時に使用するAu−Sn合金溶湯の温度を通常より
も低い温度(300〜600℃未満)に保持されたAu
−Sn合金溶湯を使用し、溶湯加圧力および噴射圧力を
通常よりも低い溶湯加圧力:20〜300kPa未満、
噴射圧力:500〜5000kPa未満に保持し、さら
にノズル径を通常よりも小さい(直径:0.3〜2mm
未満)条件でガスアトマイズして得られたAu−Sn合
金粉末は、その表面にAu−Sn合金粉末の組成よりも
Au濃度の濃いAu−Sn合金相(以下、Auリッチ相と
いう)が多く析出し、このAu−Sn合金粉末の表面に
Auリッチ相が多く析出しているAu−Sn合金粉末
は、表面酸化の割合が少なくなり、また大気中に長期間
保存しても酸化が進まず、長期間保存したAu−Sn合
金粉末を使用して作製したAu−Sn合金はんだペース
トは、信頼性のあるはんだ付けを行なうことができる、
(b)前記Au−Sn合金粉末の表面に析出するAuリ
ッチ相は、Au−Sn合金粉末の表面に10面積%以上
存在することが好ましく、100面積%存在することが
最も好ましい、(c)一般に、ガスアトマイズして得ら
れたAu−Sn合金粉末は、その後、篩にかけて分級す
るが、分級時に傷がつきやすく、傷が酸化被膜として残
ることがわかっているが、Auリッチ相がAu−Sn合
金粉末の表面に多く形成されているとAuリッチ相は硬
度が高いために表面に傷が付き難く、表面傷の少ないA
u−Sn合金粉末は一層酸化皮膜の少ない分級粉が得ら
れ、良好な接合が得られる、という研究結果が得られた
のである。
なされたものであって、(1)Sn:15〜25質量%
を含有し、残りがAuおよび不可避不純物からなる組成
を有するAu−Sn合金粉末の表面に、Sn:7〜12
質量%を含有し、残りがAuおよび不可避不純物からな
る組成を有するAuリッチ相が10面積%以上析出して
いるはんだペースト用Au−Sn合金粉末、(2)前記
はんだペースト用Au−Sn合金粉末は、ガスアトマイ
ズ粉末である前記(1)記載のはんだペースト用Au−
Sn合金粉末、に特徴を有するものである。
金粉末を製造するには、Sn:15〜25質量%を含有
し、残りがAuおよび不可避不純物からなる組成を有す
るAu−Sn合金を溶解して温度:300〜600℃未
満の低温に保持し、この低温に保持された溶湯を圧力:
20〜300kPa未満の低圧力で加圧しながら噴射圧
力:500〜5000kPa未満の低圧力で直径:0.
3〜2mm未満を有する小径ノズルから噴射して製造す
る。
ペースト用Au−Sn合金粉末の表面に析出するAuリ
ッチ相を図1により説明する。図1は、前記条件でガス
アトマイズして得られた1個のAu−Sn合金粉末の断
面をSEMにより観察し写生した写生図であり、1はA
u−Sn合金粉末、2はAuリッチ相である。図1に示
されるように、この発明のはんだペースト用Au−Sn
合金粉末1の表面にAuリッチ相2が析出しており、A
u−Sn合金粉末の表面を10面積%以上覆っている。
金粉末に含まれるSnの含有量を15〜25質量%に限
定したのは、この範囲を外れると、融点が高くなって、は
んだとして使用できなくなるからであり、この発明のは
んだペースト用Au−Sn合金粉末に含まれるSnの含
有量の一層好ましい範囲は、18〜23質量%である。
Sn合金粉末の表面に析出するAuリッチ相に含まれる
Snの含有量を7〜12質量%に限定したのは、12質
量%を越えてSnを含むAuリッチ相は十分な耐酸化性
を示さないからであり、一方、7質量%未満のSnを含む
Auリッチ相は析出しないからである。この発明のはん
だペースト用Au−Sn合金粉末の表面に析出するAu
リッチ相に含まれるSnの含有量の一層好ましい範囲は
8〜11質量%である。
波溶解炉により溶解し、得られた溶湯を表1に示される
温度に保持しながら、溶湯に100kPaの圧力をか
け、高周波溶解炉の底部に設けられたノズルから溶湯を
落下させ、同時にノズルの周囲に設けられた直径:1.
0mmのガスノズルから落下する溶湯に向かってArガ
スを噴射圧力:100kPaで噴射させることによりガ
スアトマイズ粉末を作製し、このガスアトマイズ粉末を
篩でふるうことにより平均粒径:20μmを有する本発
明Au−Sn合金粉末1〜5を作製した。
がら、溶湯に350kPaの圧力をかけ、高周波溶解炉
の底部に設けられたノズルから溶湯を落下させ、同時に
ノズルの周囲に設けられた直径:3mmのガスノズルか
ら落下する溶湯に向かってArガスを噴射圧力:600
0kPaで噴射させることによりガスアトマイズ粉末を
作製し、このガスアトマイズ粉末を篩でふるうことによ
り平均粒径:22μmを有する従来Au−Sn合金粉末
1〜5を作製した。
来Au−Sn合金粉末1〜5の断面をSEMにて撮影
し、粉末の最外周に占めるAuリッチ相の長さを画像処
理装置を用いて測定し、その測定値から粉末表面に占め
るAuリッチ相の面積%を求め、それらの値を表1に示
した。図1は、本発明Au−Sn合金粉末3の断面をS
EMにより観察し写生した写生図である。
および従来Au−Sn合金粉末1〜5をそれぞれ湿度:
50%の大気中に15日間保存し、その後、ロジン系ワ
ックス:7質量%に混合してはんだペーストを作製し、
このはんだペーストをシリンジに充填し、これを用いて
下記の試験を行なった。
するFe−Ni系合金(Ni:42%,残部Feおよび
不可避不純物からなる合金)からなる板を用意し、この
Fe−Ni系合金製板の表面にNiメッキしたのちAu
をメッキした板を基板として用意した。さらに、素子代替
材として、縦:10mm、横:10mm、厚さ:0.5
mmの寸法を有するCuブロックにNiメッキしたのち
Auをメッキしたものを用意した。
装置にセットし、径:0.4mmを有するノズルからは
んだペーストを押出して基板に塗布し、この塗布したは
んだペーストの上に、先に用意したNiおよびAuをメ
ッキしたCuブロックを載せ、酸素濃度が100〜50
0ppmの窒素ガス雰囲気中で加熱溶解し、冷却するこ
とによりはんだ付け接合部を作製した。次いで、はんだ付
けしたCuブロックの上からX線透過装置によりX線を
照射し、はんだ付け接合部のボイドの占める面積割合を
測定し、その結果を表1に示した。
を有するステンシルを用いて印刷することにより約10
mg塗布し、大気中、温度:130℃、30秒間予熱し
たのち、さらに窒素雰囲気中、温度:350℃、4秒間
加熱溶解し、冷却したのち濡れ広がりを写真撮影した。
予熱後の濡れ広がりを撮影した写真および加熱後に濡れ
広がりを撮影した写真を画像処理により面積を測定し、
予熱後と加熱後の濡れ広がり面積の増加率を計算により
求め、その結果を表1に示した。
n合金粉末1〜5を含むはんだペーストは、従来Au−
Sn合金粉末1〜5を含むはんだペーストに比べてボイ
ドの発生数が少なく、さらに濡れ広がり性も良いことが
わかる。
ト用Au−Sn合金粉末は、従来のはんだペースト用A
u−Sn合金粉末に比べて一層信頼性の優れたはんだペ
ーストを提供することができ、半導体装置の不良品発生
率も減少してコストを低減することができ、産業上優れ
た効果をもたらすものである。
末の断面を写生した写生図である。
Claims (2)
- 【請求項1】Sn:15〜25質量%を含有し、残りが
Auおよび不可避不純物からなる組成を有するAu−S
n合金粉末の表面に、 Sn:7〜12質量%を含有し、残りがAuおよび不可
避不純物からなる組成を有するAu濃度の濃いAuリッ
チ相が10面積%以上析出していることを特徴とするは
んだペースト用Au−Sn合金粉末。 - 【請求項2】前記はんだペースト用Au−Sn合金粉末
は、ガスアトマイズ粉末であることを特徴とする請求項
1記載のはんだペースト用Au−Sn合金粉末。
Priority Applications (1)
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JP2001301374A JP4051661B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | はんだペースト用Au−Sn合金粉末 |
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-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001301374A patent/JP4051661B2/ja not_active Expired - Lifetime
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