JP2006035310A - 無鉛はんだ合金 - Google Patents

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Abstract

【課題】 融点が高く、耐熱性が良好で、かつ、濡れ性や熱疲労強度の特性が改善されており、電子部品の基板実装用のはんだとして融点の比較的高い無鉛はんだを使用する場合であっても、リフロー時の熱による悪影響が生じず、電子部品内部の接合であるダイボンディング等に好適に用いることができる無鉛はんだ合金を提供する。
【解決手段】 Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超える無鉛はんだ合金とする。Ｃｕとともに、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を所定量含有させてもよい。また、Ｔｅを添加することが好ましく、ＰまたはＧｅを添加することも好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉛を含まないはんだ合金、特に、電子部品内部の接合に好適な無鉛はんだ合金に関する。
電子部品の接続用材料として、従来よりＰｂおよびＳｎを主成分としたはんだが用いられてきた。電子部品を基板に実装するために使用されるはんだとしては、融点が低い共晶はんだ、例えば、Ｓｎに３７質量％のＰｂを含有させた共晶はんだ（以下、「Ｓｎ／３７質量％Ｐｂ共晶はんだ」と記す。また、他の組成のはんだについても、以下同様に簡略した記載を用いる。）が使用されることが多い。該Ｓｎ／３７質量％Ｐｂ共晶はんだの融点は１８３℃と低い。
一方、電子部品内部における接続、例えば、リ−ドフレ−ムとチップの接続には、融点の高い高温はんだが使用されることが多い。基板に電子部品を実装する際に２２０〜２３０℃でリフローを行うので、電子部品内部の高温はんだの固相線が該リフロー温度以下であると、接合信頼性が低下するためである。
このため、電子部品内部の接合には、基板実装時のリフロ−温度以上の固相線を有するはんだを使用する必要があり、Ｐｂ／５質量％Ｓｎ（固相線温度３０５℃）、Ｐｂ／３質量％Ｓｎ（固相線温度３１５℃）といったＰｂ、Ｓｎを主成分とする高温はんだが用いられている。高温はんだに要求される特性としては、融点以外に、熱放散性、応力緩和性、耐熱疲労特性，電気伝導性等が要求される。大きな電流の負荷が加わり大量の発熱が起こるためである。
しかしながら、電子部品の接合用はんだとして鉛入りはんだが多く用いられる一方で、廃棄処分された製品から鉛が流出して土壌に浸透し、鉛が農作物等に蓄積して人間に害を及ぼす危険性が指摘されている。さらに、廃棄処分された製品からの鉛の流出は酸性雨によってより加速されており、鉛による人間の健康被害の危険性が増していることも指摘されている。
そのため、電子部品を基板に実装する際に用いられる融点の低い共晶はんだの代替品として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等のＰｂを含まない無鉛はんだが使用され始めている。しかしながら、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の無鉛はんだの融点は、従来の共晶はんだより高く約２２０℃前後であり、このはんだを用いてリフローを行うためには、実装時のリフロー温度を２５０〜２６０℃付近にまで上昇させることが必要となってしまう。特許文献１には、このような実装時に要求される条件が記載されている。
一方、電子部品内部の接合であるダイボンディングに使用されている無鉛はんだの一つとしてＳｎ−Ｓｂはんだがあり、主にＳｂが１０質量％以下のものが使用されている。Ｓｂが１０質量％以下のＳｎ−Ｓｂはんだは、固相線温度・液相線温度は２４６℃以下である。
このため、Ｓｂが１０質量％以下のＳｎ−Ｓｂはんだでダイボンディングを行った電子部品を基板に実装するために前記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の無鉛はんだを使用すると、リフローの際にＳｎ−Ｓｂはんだが完全に溶融する可能性があり、電子部品内部の接合性が損なわれ、電子部品としての機能を果たさなくなる危険性がある。
また、２６０℃〜３２０℃の固相線を持つＰｂを含まない合金系は、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｂｉ−Ａｇ合金等があるが、Ａｕ−Ｓｎ合金は高価でコスト上実用的でなく、また特許文献２（特開２００２−１６００８９号公報）等で提案されているＢｉ−Ａｇ合金は、Ｐｂ合金やＳｎ合金と比較して熱伝導性が低いＢｉを主元素としているため、熱放散性に問題がある。
特開２００２−３２１０８４号公報 特開２００２−１６００８９号公報
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、融点が高く、耐熱性が良好で、かつ、濡れ性や熱疲労強度の特性が改善されており、電子部品の基板実装用のはんだとして融点の比較的高い無鉛はんだを使用する場合であっても、リフロー時の熱による悪影響が生じず、電子部品内部の接合であるダイボンディング等に好適に用いることができる無鉛はんだ合金を提供することを目的とする。
本発明に係る無鉛はんだ合金の第１の態様は、Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする。
本発明に係る無鉛はんだ合金の第２の態様は、Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上、Ｔｅを０．０１質量％以上５質量％以下含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする。
本発明に係る無鉛はんだ合金の第３の態様は、Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上、ＰおよびＧｅからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする。
本発明に係る無鉛はんだ合金の第４の態様は、Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上、Ｔｅを０．０１質量％以上５質量％以下、ＰおよびＧｅからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする。
本発明に係る無鉛はんだ合金の第５の態様は、Ｓｂを５質量％以上、Ｃｕを５質量％以上、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上含有し、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの合計含有量が１０質量％を超えて２４．９質量％以下であり、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする。
本発明に係る無鉛はんだ合金の第６の態様は、Ｓｂを５質量％以上、Ｃｕを５質量％以上、Ｔｅを０．０１質量％以上５質量％以下、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上含有し、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの合計含有量が１０質量％を超えて２４．９質量％以下であり、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする。
本発明に係る無鉛はんだ合金の第７の態様は、Ｓｂを５質量％以上、Ｃｕを５質量％以上、ＰおよびＧｅからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上含有し、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの合計含有量が１０質量％を超えて２４．９質量％以下であり、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする。
本発明に係る無鉛はんだ合金の第８の態様は、Ｓｂを５質量％以上、Ｃｕを５質量％以上、Ｔｅを０．０１質量％以上５質量％以下、ＰおよびＧｅからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上含有し、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの合計含有量が１０質量％を超えて２４．９質量％以下であり、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする。
本発明による無鉛はんだ合金は、Ｐｂを含んでいないにもかかわらず、融点が高く、耐熱性が良好で、かつ、濡れ性や熱疲労強度の特性が改善されているので、電子部品の基板実装用のはんだとして融点の比較的高い無鉛はんだを使用しても、リフロー時の熱による悪影響が生じず、電子部品内部の接合であるダイボンディング等に用いることができる。なお、所定量のＴｅ、Ｐ、Ｇｅを添加することで、濡れ性や熱疲労強度をより良好にできる。
電子部品を基板に実装する際に用いる無鉛はんだより高い固相線を有し、かつ、鉛を含まない電子部品内部の接合用の無鉛はんだとしては、Ｓｎ−Ｓｂはんだがある。Ｓｎ−Ｓｂはんだは包晶型合金である。包晶型合金は、共晶型合金と異なり合金化による融点低下がない合金系である。このため、Ｓｎ−Ｓｂはんだは、Ｓｎの融点（２３２℃）より高い融点を持ち、Ｓｂを１０質量％以上含むと、固相線温度が２４６℃となり、Ｓｎベ−ス合金としてははんだとして実用可能な最高固相線を持つ合金系である。
本発明者は、Ｓｎ−Ｓｂはんだをベースとし、さらに他の所定の元素を１０質量％を超えて添加して液相線を上昇させることで、２６０℃（実装用の無鉛はんだを用いてリフローを行うときに想定されるリフロー温度）における接合用の無鉛はんだの溶融割合を減少させ、実装後も電子部品内部のはんだの初期形状を保つことができることを見出した。
本発明者は、添加することで液相線を上昇させる効果のある元素として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄに着目した。これらの元素は、Ｓｎ系合金に添加した場合、添加量が多くなるほど液相線も上昇する元素である。そして、本発明者は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄを、Ｓｎ−Ｓｂはんだ合金に添加すると、液相線温度がさらに上昇し、固相線での溶融割合が大幅に減少し、２６０℃でのはんだの溶融割合も減少させることができることを見出した。
また、Ｓｂの含有量を増加させることでも液相線の上昇は起きるが、ＳｎとＳｂとの硬く脆い金属間化合物（以下、β’相と記す。）の割合が多くなる。また、β’相の増加および添加元素により発生する金属間化合物の増加によって、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金は硬く脆い合金となるため、接合後にチップクラック等が生じるようになる。そこで、本発明者は、この現象を抑えるため、鋭意研究開発を行い、Ｓｎを７０質量％を超えて含有させ、Ｓｎ単相を残留させることで、機械的特性と接合後の信頼性を両立させることができることを見出した。
また、Ｓｎ−Ｓｂ合金において、Ｓｂの含有量が１０質量％以上になると、凝固時に初晶としてβ’相が晶出してくる。このため、はんだ中にβ’相が粗大な形で存在することがあり、この場合には使用時に濡れ不良を起こしてしまう可能性がある。さらに、ダイボンディング後の凝固組織に粗大なβ’相が存在することがあり、この場合には、チップクラック発生の原因になる。これに対しては、本発明者は、Ｓｎ−Ｓｂ合金の液相線温度より高い温度で晶出する元素であるＴｅを添加することで、凝固組織の微細化ができ、これにより対応することができることを見出した。
さらに、本発明者は、はんだの濡れ性を改善し、接合時のボイド発生を低減させるためには、ＰまたはＧｅを添加することが効果的であることを見出した。
本発明に係るはんだ合金は、以上の知見に基づき完成されたものである。以下、本発明に係るはんだ合金について詳細に説明する。
「Ｓｎ」
必要なＳｎの含有量は、７０質量％を超える量である。前述したように、Ｓｎの含有量が７０質量％以下になると、Ｓｎ−ＳｂやＳｎ−Ｃｕ等の硬くてもろい金属間化合物の割合が多くなり、はんだとしての応力緩和性がなくなり、接合後にチップクラック等が生じる。なお、必要なＳｎの含有量の上限値は、本発明において必要な他の必須添加元素であるＳｂ、Ｃｕ、および添加することが好ましい元素であるＴｅ、Ｐ、Ｇｅ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄの必要最低添加量に応じて決まる。
「Ｓｂ」
必要なＳｂの含有量は、５質量％以上である。５質量％未満であると、固相線低下による耐熱性の低下が発生し、はんだ接合後の初期の形状が変化してしまう。なお、必要なＳｂの含有量の上限値は、本発明において必要な他の必須添加元素であるＳｎ、Ｃｕ、および添加することが好ましい元素であるＴｅ、Ｐ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄの必要最低添加量に応じて決まる。
「Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ」
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄは、液相線温度を上昇させることに効果がある。本発明に係る第１の態様の合金に必要なＣｕの含有量は、１０質量％を超えて２４．９質量％以下である。Ｃｕの含有量が１０質量％以下であると、はんだ接合後のリフロー時（２６０℃）にはんだの溶融が起こった場合、溶融量が多くなりすぎ、はんだ接合後の初期の形状が変化してしまい、接合材としての役割が果たせなくなる。また、Ｃｕの含有量が２４．９質量％を超えると、硬くて脆い特性になってしまうため、接合後にチップクラック等の不良が発生する場合が多くなる。
Ｃｕに加えて、Ｃｕと同様に液相線を上げる効果のあるＡｇ、Ａｕ、Ｐｄを添加する本発明に係る第５の態様の合金は、５質量％以上のＣｕを添加した上で、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上添加し、ＣｕとＡｇ、Ａｕ、Ｐｄの合計含有量を１０質量％を超えて２４．９質量％以下としている。これにより、耐熱性において、Ｃｕの含有量を１０質量％を超えて２４．９質量％以下にした場合（本発明に係る第１の態様の合金）と同様な効果が得られる。
また、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの添加は、耐熱性の他に、熱疲労強度を向上させる上で効果がある。Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素の合計添加量が０．１質量％を下回ると、この効果がほとんど得られない。一方、ＣｕとＡｇ、Ａｕ、Ｐｄの合計含有量が２４．９質量％を超えると、硬くて脆い特性になってしまうため、接合後にチップクラック等の不良が発生する場合が多くなる。
「Ｔｅ」
Ｔｅは凝固組織を微細化することに効果がある。Ｔｅを添加することによりこのような効果が得られる理由は、ＴｅはＳｎ−Ｓｂ合金の液相線温度より高い温度で晶出する元素であり、添加したＴｅがＳｎ−Ｓｂ合金の液相線温度より高い温度で晶出して、包晶合金の初晶生成の核となり、凝固組織の微細化に寄与するためと考えられる。初晶生成の核を多く存在させることにより、β’相の微細化を実現することができると考えられる。
必要なＴｅの添加量は０．０１〜５質量％である。Ｔｅの添加量が５質量％を超えると、β’相を微細化する効果が低減する。また、Ｔｅの添加量が０．０１質量％を下回ると、包晶合金の初晶生成の核が少なくなり、凝固組織の微細化に十分に寄与しなくなる。
「Ｐ、Ｇｅ」
ＰおよびＧｅは、はんだの濡れ性を改善し、接合時のボイド発生を低減させることに効果がある。Ｐおよび／またはＧｅを添加することによりこのような効果が得られる理由は、Ｐ、Ｇｅが優先的に酸化され、はんだの表面の酸化が抑制されるためであると考えられる。必要なＰおよび／またはＧｅの合計添加量は０．００１〜０．５質量％である。合計添加量が０．５質量％を超えると、Ｐおよび／またはＧｅが多くの酸化物を形成することになり、濡れ性が悪くなる。また、合計添加量が０．００１質量％を下回ると、Ｐおよび／またはＧｅを添加する効果が不十分になる。
（実施例１、２、実施例５〜９、比較例３、４、１０、１１）
純度９９．９９質量％のＳｎ、Ｓｂ、Ｃｕを用いて、表１に示す組成のＳｎ合金を大気溶解炉を用いて溶製し、１ｍｍφに押し出し加工を行い、ワイヤー形状のはんだ合金を作製した。
得られたはんだ合金の濡れ性を評価するため、窒素雰囲気中で、４００℃に加熱されたリードフレームアイランド部で前記ワイヤーの溶融試験を実施し、溶融後徐冷した。組成毎に各２００個のサンプルについて溶融試験を実施したが、濡れ不良は確認されず、濡れ性は良好であった。
次に、得られた各サンプルを用いてダイボンディングを行い、その接合部の信頼性の評価を行った。評価方法を具体的に以下に記す。前記１ｍｍφのサンプルとダイボンダーを用い、シリコンチップのダイボンディング面にＡｕを蒸着して作製したダミーチップを銅製のリードフレームにダイボンディングした。次に、これをエポキシ樹脂でモールドした。モールドしたものを用いて−５０℃／１５０℃の温度サイクル試験を５００サイクル実施した。その後に樹脂を開封してダイボンディングによる接合部の観察を行い、チップおよび接合部に割れの発生がない場合を「良」、割れが発生した場合を「不良」と評価した。以上の結果を表１に示す。
表１に示すように、比較例３は、Ｃｕの含有量が１０質量％以下であり、またＳｂの含有量が５質量％未満であり、本発明の範囲に入っていない。比較例４、１０、１１は、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えておらず、本発明の範囲に入っていない。
このため、上記の温度サイクル試験により、比較例３ではチップまたは接合部にわれは発生しなかったものの、比較例４、１０、１１においてはチップまたは接合部に割れが発生し、接合信頼性の評価結果は、「不良」となった。
本発明の範囲内である実施例１、２、実施例５〜９については、上記の温度サイクル試験によっても、チップおよび接合部に割れが発生せず、接合信頼性の評価結果は、「良」となった。
次いで、モールドしたものの一部を、リフロー温度：２６０℃で基板に実装し、実装後のチップおよび接合部の異常の有無を調べた。その結果、比較例３は実装時の熱の影響ではんだ部が溶融し、はんだが流れ出し、はんだの初期形状が変化しており、耐熱性は「不良」となった。その他はいずれも異常は見られず、目立ったボイドも確認できなかった。
また、本発明に係るはんだ合金（実施例１、２、実施例５〜９）で接合された部位の耐熱性の評価は、リフロー温度である２６０℃に１０秒間保持することで実施したが、いずれの接合部においても溶融するのは一部のみで、全体は溶融することなく保たれていることを確認した。したがって、本発明に係るはんだ合金（実施例１、２、実施例５〜９）で接合された部位は、電子部品を基板に実装するためのリフローの際においても剥離やボイド等は発生せず、電子部品の特性に問題は生じないと考えられる。
Figure 2006035310
（実施例１２〜２１）
純度９９．９９質量％のＳｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｔｅ、Ｐを用いて、表２に示す組成のＳｎ合金を大気溶解炉を用いて溶製し、１ｍｍφに押し出し加工を行い、ワイヤー形状のはんだ合金を作製した。
得られたはんだ合金の濡れ性を評価するため、窒素雰囲気中で、４００℃に加熱されたリードフレームアイランド部で前記ワイヤーの溶融試験を実施し、溶融後徐冷した。組成毎に各２００個のサンプルについて溶融試験を実施したが、濡れ不良は確認されず、実施例１、２、実施例５〜９、比較例３、４、１０、１１よりも、濡れ広がりが良好になっており、濡れ性が向上した。
次に、得られた各サンプルを用いてダイボンディングを行い、その接合部の信頼性の評価を行った。評価方法を具体的に以下に記す。前記１ｍｍφのサンプルとダイボンダーを用い、シリコンチップのダイボンディング面にＡｕを蒸着して作製したダミーチップを銅製のリードフレームにダイボンディングした。次に、これをエポキシ樹脂でモールドした。モールドしたものを用いて、−５０℃／１５０℃の温度サイクル試験を１０００サイクルに増やして実施した。その後に樹脂を開封してダイボンディングによる接合部の観察を行い、チップおよび接合部に割れの発生がない場合を「良」、割れが発生した場合を「不良」と評価した。以上の結果を表２に示す。
表２に示すように、本発明の範囲内である実施例１２〜２１については、上記の温度サイクル試験によっても、チップおよび接合部に割れが発生せず、接合信頼性の評価結果は、「良」となった。
次いで、モールドしたものの一部を、リフロー温度：２６０℃で基板に実装し、実装後のチップおよび接合部の異常の有無を調べた。その結果、いずれも異常は見られず、目立ったボイドも確認できなかった。
また、本発明に係るはんだ合金（実施例１２〜２１）で接合された部位の耐熱性の評価は、リフロー温度である２６０℃に１０秒間保持することで実施したが、いずれの接合部においても溶融するのは一部のみで、全体は溶融することなく保たれていることを確認した。したがって、本発明に係るはんだ合金（実施例１２〜２１）で接合された部位は、電子部品を基板に実装するためのリフローの際においても剥離やボイド等は発生せず、電子部品の特性に問題は生じないと考えられる。
Figure 2006035310
（実施例２２〜２６）
純度９９．９９質量％のＳｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ａｇを用いて、表３に示す組成のＳｎ合金を大気溶解炉を用いて溶製し、１ｍｍφに押し出し加工を行いワイヤー形状のはんだ合金を作製した。
得られたはんだ合金の濡れ性を評価するため、窒素雰囲気中で、４００℃に加熱されたリードフレームアイランド部で前記ワイヤーの溶融試験を実施し、溶融後徐冷した。組成毎に各２００個のサンプルについて溶融試験を実施したが、濡れ不良は確認されなかった。
次に、得られた各サンプルを用いてダイボンディングを行い、その接合部の信頼性の評価を行った。評価方法を具体的に以下に記す。前記１ｍｍφのサンプルとダイボンダーを用い、シリコンチップのダイボンディング面にＡｕを蒸着して作製したダミーチップを銅製のリードフレームにダイボンディングした。次に、これをエポキシ樹脂でモールドした。モールドしたものを用いて−５０℃／１５０℃の温度サイクル試験を８００サイクル実施した。その後に樹脂を開封してダイボンディングによる接合部の観察を行い、チップおよび接合部に割れの発生がない場合を「良」、割れが発生した場合を「不良」と評価した。以上の結果を表３に示す。
表３に示すように、本発明の範囲内である実施例２２〜２６については、上記の温度サイクル試験によっても、チップまたは接合部に割れが発生せず、接合信頼性の評価結果は、「良」となった。
次いで、モールドしたものの一部を、リフロー温度：２６０℃で基板に実装し、実装後のチップおよび接合部の異常の有無を調べた。その結果、いずれも異常は見られず、目立ったボイドも確認できなかった。
また、本発明に係るはんだ合金（実施例２２〜２６）で接合された部位の耐熱性の評価は、リフロー温度である２６０℃に１０秒間保持することで実施したが、いずれの接合部においても溶融するのは一部のみで、全体は溶融することなく保たれていることを確認した。したがって、本発明に係るはんだ合金（実施例２２〜２６）で接合された部位は、電子部品を基板に実装するためのリフローの際においても剥離やボイド等は発生せず、電子部品の特性に問題は生じないと考えられる。
Figure 2006035310
（実施例２７〜３６）
純度９９．９９質量％のＳｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐを用いて、表４に示す組成のＳｎ合金を大気溶解炉を用いて溶製し、１ｍｍφに押し出し加工を行い、ワイヤー形状のはんだ合金を作製した。
得られたはんだ合金の濡れ性を評価するため、窒素雰囲気中で、４００℃に加熱されたリードフレームアイランド部で前記ワイヤーの溶融試験を実施し、溶融後徐冷した。組成毎に各２００個のサンプルについて溶融試験を実施したが、濡れ不良は確認されず、実施例２２〜２６より、濡れ広がりが良好になっており、濡れ性が向上した。
次に、得られた各サンプルを用いてダイボンディングを行い、その接合部の信頼性の評価を行った。評価方法を具体的に以下に記す。前記１ｍｍφのサンプルとダイボンダーを用い、シリコンチップのダイボンディング面にＡｕを蒸着して作製したダミーチップを銅製のリードフレームにダイボンディングした。次に、これをエポキシ樹脂でモールドした。モールドしたものを用いて−５０℃／１５０℃の温度サイクル試験を１０００サイクルに増やして実施した。その後に樹脂を開封してダイボンディングによる接合部の観察を行い、チップおよび接合部に割れの発生がない場合を「良」、割れが発生した場合を「不良」と評価した。以上の結果を表４に示す。
表４に示すように、本発明の範囲内である実施例２７〜３６については、上記の温度サイクル試験により、チップおよび接合部に割れが発生せず、接合信頼性の評価結果は、「良」となった。
次いで、モールドしたものの一部を、リフロー温度：２６０℃で基板に実装し、実装後のチップおよび接合部の異常の有無を調べた。その結果、いずれも異常は見られず、目立ったボイドも確認できなかった。
また、本発明に係るはんだ合金（実施例２７〜３６）で接合された部位の耐熱性の評価は、各実施例ごとに５個の接合部について、リフロー温度である２６０℃に１０秒間保持することで実施したが、いずれの接合部においても溶融するのは一部のみで、全体は溶融することなく保たれていることを確認した。したがって、本発明に係るはんだ合金（実施例２７〜３６）で接合された部位は、電子部品を基板に実装するためのリフローの際においても剥離やボイド等は発生せず、電子部品の特性に問題は生じないと考えられる。
Figure 2006035310
（半導体パッケージ）
図１は、本発明に係るはんだ合金を用いた半導体パッケージの一例を示す断面図である。本発明に係るはんだ合金３を用いて、半導体チップ１がリードフレームアイランド部４にはんだ付けされている。半導体チップ１上の電極２は、ボンディングワイヤ６を介してリードフレーム５に接続されている。そして、それらの全体がリードフレーム５の外周部を除きモールド樹脂７で覆われている。
半導体パッケージの一例を示す断面図である。
符号の説明
１ チップ
２ 電極
３ はんだ合金
４ リードフレームアイランド部
５ リードフレーム
６ ボンディングワイヤ
７ モールド樹脂

Claims (8)

  1. Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする無鉛はんだ合金。
  2. Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上、Ｔｅを０．０１質量％以上５質量％以下含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする無鉛はんだ合金。
  3. Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上、ＰおよびＧｅからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする無鉛はんだ合金。
  4. Ｃｕを１０質量％を超えて２４．９質量％以下、Ｓｂを５質量％以上、Ｔｅを０．０１質量％以上５質量％以下、ＰおよびＧｅからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下含有し、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする無鉛はんだ合金。
  5. Ｓｂを５質量％以上、Ｃｕを５質量％以上、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上含有し、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの合計含有量が１０質量％を超えて２４．９質量％以下であり、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする無鉛はんだ合金。
  6. Ｓｂを５質量％以上、Ｃｕを５質量％以上、Ｔｅを０．０１質量％以上５質量％以下、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上含有し、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの合計含有量が１０質量％を超えて２４．９質量％以下であり、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする無鉛はんだ合金。
  7. Ｓｂを５質量％以上、Ｃｕを５質量％以上、ＰおよびＧｅからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上含有し、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの合計含有量が１０質量％を超えて２４．９質量％以下であり、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする無鉛はんだ合金。
  8. Ｓｂを５質量％以上、Ｃｕを５質量％以上、Ｔｅを０．０１質量％以上５質量％以下、ＰおよびＧｅからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．００１質量％以上０．５質量％以下、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄからなる群から選択された１種以上の元素を合計で０．１質量％以上含有し、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＰｄの合計含有量が１０質量％を超えて２４．９質量％以下であり、残部がＳｎからなり、かつ、Ｓｎの含有量が７０質量％を超えることを特徴とする無鉛はんだ合金。
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