JP2006205198A - Solder material and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はんだ材料及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solder material and a manufacturing method thereof.
電子部品実装等で用いられる従来のはんだは、Sn(錫)とPb(鉛)とによる共晶はんだで、その共晶点が183℃であり、多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも低い。このため、錫−鉛共晶はんだは、基板等の接合に用いられた時にプリント基板等を熱によって損傷しなくてもすむという特徴を有している。したがって、錫―鉛共晶はんだは、電子機器の製造における部品の接合、組立てにおいて重要な材料である。 Conventional solder used in electronic component mounting is a eutectic solder made of Sn (tin) and Pb (lead), the eutectic point is 183 ° C., and a temperature at which many thermosetting resins start to gasify. Lower than. For this reason, the tin-lead eutectic solder has a feature that the printed board or the like does not need to be damaged by heat when used for joining the boards or the like. Therefore, tin-lead eutectic solder is an important material for joining and assembling parts in the manufacture of electronic equipment.
一方でPAモジュール等の高周波を扱う実装部品では、図12に示すようにモジュール部品の内部において、モジュール基板41と電子部品42の接合にはんだ材料43が用いられている。このようにして生産されたモジュール部品はマザー基板に実装して使用されるが、その際にモジュール部品内部のはんだ材料43が溶融して形状が変化すると高周波特性が変化するため、マザー基板への実装時に溶融しないように溶融温度250〜300℃の高温はんだ材料(例えばPb−40%Sn等)が使用されている。
On the other hand, in a mounting component handling a high frequency such as a PA module, a
また、パワートランジスタ等の高電圧、高電流が負荷され大きな発熱を伴う半導体実装部品では、図13に示すような部品の内部において、フラットリード44と金属箔45の接合に高温はんだ46が用いられ、これらの内部接合において接合の耐熱性を確保するため、溶融温度300〜350℃の高温はんだ材料(例えばPb−5%Sn等)が使用されている。
Further, in a semiconductor mounting component that is loaded with a high voltage and a high current such as a power transistor and generates a large amount of heat, a
しかしながら近年、地球環境保護の関心が高まる中、廃棄物によって環境問題が生じることが危ぶまれており、はんだ材料においても、廃棄された電子機器等から鉛(Pb)が土壌に溶出することが懸念されている。これを解決するために鉛を含まないはんだ材料が必要とされており、溶融温度200〜250℃のSn−Pbはんだ材料については、Sn−Ag系、Sn−Cu系のはんだを使用して、鉛を含まないはんだ材料の実用化が進んでいる。 However, in recent years, with increasing interest in protecting the global environment, it is feared that environmental problems will occur due to waste, and there is a concern that lead (Pb) may elute from the discarded electronic devices into the soil even in solder materials. Has been. In order to solve this, a solder material containing no lead is required. For Sn—Pb solder material having a melting temperature of 200 to 250 ° C., Sn—Ag and Sn—Cu solders are used. Practical use of lead-free solder materials is progressing.
一方で、高耐熱が求められる高温はんだ材料については、代替材料が見当たらず、実用化には、程遠いのが現状である。溶融温度250〜300℃を実現する高温はんだ材料としては、ビスマスを90重量%以上含有するものがあった(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載された従来の高温はんだ材料は、ガラスのような脆い基板上に形成された導体にはんだ付けするためのものであり、凝固時の応力緩和を目的として、多量のBiを含有している。その組成比率はBiからなる90重量%以上の第1金属元素と、90重量部以上の第1金属元素と9.9重量部以下で2元共晶し得る第2金属元素と、さらに合計0.1〜3.0重量%の第3金属元素である。このように耐衝撃性に劣るBiを90重量%以上含有していたため信頼性が十分ではない。すなわち、このようなはんだ材料は、接合強度が弱く、また、接合強度の経時的な劣化も大きい。
However, the conventional high-temperature solder material described in
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料とその製造方法、無鉛で高耐熱の電子部品、無鉛で高耐熱の接合方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, the present invention is a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering at a high temperature range of 250 to 350 ° C. and a manufacturing method thereof, lead-free and high-heat-resistant electronic components, lead-free and heat-resistant. It is an object to provide a joining method.
本願の第1発明のはんだ材料は、Sn、Ag、Al、Bi、Cuのうち少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が非平衡状態で混合されていることを特徴とする。このような構成により、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を実現することができる。 The solder material according to the first invention of the present application is a solder material mainly composed of at least three kinds of metallic elements among Sn, Ag, Al, Bi, and Cu, and each element is mixed in a non-equilibrium state. It is characterized by. With such a configuration, a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering in a high-temperature range of 250 to 350 ° C. can be realized.
本願の第2発明のはんだ材料は、Sn、Ag、Al、Bi、Cuのうち少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が原子レベルで混合されていることを特徴とする。このような構成により、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を実現することができる。 The solder material according to the second invention of the present application is a solder material mainly composed of at least three kinds of metallic elements among Sn, Ag, Al, Bi, and Cu, and each element is mixed at an atomic level. Features. With such a configuration, a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering in a high-temperature range of 250 to 350 ° C. can be realized.
本願の第3発明のはんだ材料は、Sn、Ag、Al、Bi、Cuのうち少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、主成分とする金属元素の全ては含まず、かつ、いずれか1つまたは複数の金属元素を主成分とする複数種類の薄膜が積層され、かつ、積層された複数種類の薄膜全体には主成分とする金属元素の全てが含まれていることを特徴とする。このような構成により、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を実現することができる。 The solder material of the third invention of the present application is a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements among Sn, Ag, Al, Bi, and Cu, and does not include all the metal elements mainly composed of In addition, a plurality of types of thin films mainly composed of any one or a plurality of metal elements are laminated, and all of the laminated plurality of types of thin films contain all of the metal elements that are the main components. It is characterized by. With such a configuration, a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering in a high-temperature range of 250 to 350 ° C. can be realized.
本願の第4発明のはんだ材料の製造方法は、Sn、Ag、Al、Bi、Cuのうち少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料の製造方法であって、各元素、あるいは少なくとも2種類の単一金属、あるいは合金を各々るつぼ内で加熱して蒸発させ、各るつぼに対向して設けられた回収材上に形成された薄膜状の堆積物をはんだ材料として得ることを特徴とする。このような組成により、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を実現することができる。 The method for producing a solder material according to the fourth invention of the present application is a method for producing a solder material mainly composed of at least three kinds of metallic elements among Sn, Ag, Al, Bi, and Cu, and each element or at least 2 Each type of single metal or alloy is heated and evaporated in each crucible, and a thin film-like deposit formed on a recovery material provided opposite to each crucible is obtained as a solder material. . With such a composition, a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering at a high temperature range of 250 to 350 ° C. can be realized.
本願の第5発明のはんだ材料の製造方法は、Sn、Ag、Al、Bi、Cuのうち少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料の製造方法であって、各元素、あるいは少なくとも2種類の単一金属、あるいは合金からなるターゲット材に高エネルギー粒子を衝突させてスパッタリングまたは蒸気化し、各ターゲット材に対向して設けられた回収材上に形成された薄膜状の堆積物をはんだ材料として得ることを特徴とする。このような組成により、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を実現することができる。 The method for producing a solder material according to the fifth invention of the present application is a method for producing a solder material mainly composed of at least three kinds of metallic elements among Sn, Ag, Al, Bi, and Cu, and each element or at least 2 Sputtering or vaporization by colliding high energy particles with a target material made of a single metal or alloy of various types, and depositing a thin film-like deposit formed on the recovery material provided opposite each target material It is obtained as follows. With such a composition, a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering at a high temperature range of 250 to 350 ° C. can be realized.
本願の第4または第5発明のはんだ材料の製造方法において、好適には、堆積物と回収材とを分離して堆積物をはんだ材料として得るに際して、回収材に振動を与えることが望ましい。このような構成により、はんだ材料としての堆積物と回収材とを低コストで簡単に分離することができる。あるいは、好適には、堆積物と回収材とを分離して堆積物をはんだ材料として得るに際して、回収材を堆積物に対して選択的に溶解させることが望ましい。このような構成により、はんだ材料としての堆積物と回収材とを低コストで簡単に分離することができる。 In the method for manufacturing a solder material according to the fourth or fifth invention of the present application, it is desirable that vibration is applied to the collected material when the deposited material and the collected material are separated to obtain the deposited material as the solder material. With such a configuration, the deposit as the solder material and the recovery material can be easily separated at low cost. Alternatively, preferably, when the deposit and the collection material are separated to obtain the deposit as a solder material, it is desirable to selectively dissolve the collection material with respect to the deposit. With such a configuration, the deposit as the solder material and the recovery material can be easily separated at low cost.
あるいは、好適には、堆積物と回収材とを分離して得た堆積物からなる粉体を、樹脂ペーストに混合することが望ましい。このような構成により、低コストで簡単に高温はんだペーストを製造することができる。 Alternatively, it is preferable to mix a powder made of a deposit obtained by separating the deposit and the collected material into the resin paste. With such a configuration, a high-temperature solder paste can be easily manufactured at a low cost.
あるいは、好適には、回収材がテープ状であり、テープ状回収材から堆積物を分離してはんだリボンを得ることが望ましい。このような構成により、低コストで簡単に高温はんだリボンを製造することができる。 Alternatively, preferably, the recovery material is in the form of a tape, and it is desirable to obtain a solder ribbon by separating the deposit from the tape-like recovery material. With such a configuration, a high-temperature solder ribbon can be easily manufactured at a low cost.
あるいは、好適には、回収材が高融点材料からなるワイヤーであることが望ましい。このような構成により、低コストで簡単に糸はんだ状の高温はんだを製造することができる。 Alternatively, it is preferable that the recovered material is a wire made of a high melting point material. With such a configuration, high-temperature solder in the form of thread solder can be easily manufactured at low cost.
以上のように、本願発明のはんだ材料によれば、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を提供することが可能となる。また、本願発明のはんだ材料の製造方法によれば、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料の製造方法を提供することが可能となる。 As described above, according to the solder material of the present invention, it is possible to provide a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering in a high temperature range of 250 to 350 ° C. Moreover, according to the manufacturing method of the solder material of this invention, it becomes possible to provide the manufacturing method of a lead-free high-temperature solder material which can be used for the soldering in a high temperature range of 250-350 degreeC.
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について、図1〜図5を参照して説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter,
図1は、本発明の実施の形態1において用いた蒸着装置の概略構成を示す断面図である。図1において、真空容器1内に第1るつぼ2、第2るつぼ3、第3るつぼ4が配置され、それぞれのるつぼ内にSnからなる第1材料5、Agからなる第2材料6、Alからなる第3材料7が設けられている。それぞれのるつぼは、第1ヒーター8、第2ヒーター9、第3ヒーター10により加熱できるよう構成されており、各ヒーターは、第1温調器11、第2温調器12、第3温調器13により温度調節される。各るつぼに対向して設けられた基板ホルダー14に回収材としての基板15が載置されている。真空容器1内をポンプ16により排気し、所定の圧力に達した後、各るつぼを所定の温度まで加熱すると、Sn、Ag、Alが固体から液体へと変化し、やがて蒸発しはじめる。基板ホルダー14と支柱17を介して接続されたモーター18を動作させることにより基板15を回転させながら蒸着を行い、基板15の表面に薄膜状の堆積物を形成した。このとき、図示しないるつぼシャッター(各るつぼに設けられている)の開口を調整することにより、蒸発量の比、及び、堆積物中の含有量の比がSn:Ag:Al=75:11:14(重量比)となるようにした。含有量の比を所望の値にするため、事前に個々のるつぼのみを加熱したときの蒸着速度をるつぼ温度の関数として求めておき、実際にはんだ材料を得る際に所望の比になるように各るつぼの温度に差をもたせるようにした。なお、各るつぼの加熱開始から蒸発が始まるまでの間は、るつぼシャッターは全閉状態とした。また、基板15の材質はテフロン(登録商標)とした。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a vapor deposition apparatus used in
次に基板15を真空容器1から取り出し、基板15を超音波洗浄器にかけ、基板15に水中で超音波振動を与えることにより、堆積物と回収材としての基板15とを分離し、堆積物を粉末として得ることができた。
Next, the
こうして得られた粉末においては、Sn、Ag、Alの各元素が非平衡状態で混合されていることが判明した。すなわち、図2のように、Sn、Ag、Alの各元素が原子レベルで混合されていることがわかった(図2の各円は1個1個の原子を指す)。以下、このことについて詳しく説明する。 In the powder thus obtained, it was found that Sn, Ag, and Al elements were mixed in a non-equilibrium state. That is, it was found that Sn, Ag, and Al elements were mixed at the atomic level as shown in FIG. 2 (each circle in FIG. 2 represents one atom at a time). This will be described in detail below.
図3は、本発明の実施の形態1において得られた堆積物について、DSC(Differential Scanning Calorimetry)法を用いて示差走査熱量分析曲線を取得したものである。図3より、約330℃を中心とした比較的ブロードな吸熱特性が得られ、この堆積物が融点250℃〜350℃の高温はんだとして利用可能であることがわかった。一方、Sn、Ag、Alを、含有量の比がSn:Ag:Al=75:11:14(重量比)となるように液相で混合させた場合、すなわち、Sn、Ag、Alを粉末などを原料として準備し上記の重量比で一つのるつぼ内に入れ、これを加熱して液化させて混合させた場合、冷却後に得られた合金は、図4のように、Sn96.5%重量比−Ag3.5%重量比からなるSn−3.5Ag合金と、Sn98%重量比−Al2%重量比からなるSn−2Al合金と、Ag37%重量比−Al63%重量比からなるAg−63Al合金とが混在する様相を呈する。これは、このような状態が化学的に安定であるためである。このことは、図5に示す、液相で混合させることによって得た合金の示差走査熱量分析曲線において、約225℃と約556℃に急峻な吸収が見られることから推察できる。すなわち、Sn96.5%重量比−Ag3.5%重量比からなるSn−3.5Ag合金の融点221℃と、Sn98%重量比−Al2%重量比からなるSn−2Al合金の融点228℃が近いため、これらは分離されずに225℃付近のピークとなって現れ、Ag37%重量比−Al63%重量比からなるAg−63Al合金の融点566℃にピークが現れている。このように、液相で混合させた場合には平衡状態で混合され、Sn、Ag、Alの各元素が原子レベルでは混合されないため、このようなはんだ材料は220℃程度で一部が溶解しはじめることになり、高温はんだとしては使えない。なお、図4の各楕円は、数十〜数万程度の原子群からなるものと考えている。
FIG. 3 shows the differential scanning calorimetry curve of the deposit obtained in
こうして得られたはんだ材料について、接合強度を測定したところ、従来例と比較して1.4倍接合強度が強かった。また、接合強度の経時的な劣化も小さいことが確かめられた。 When the bonding strength of the solder material thus obtained was measured, the bonding strength was 1.4 times that of the conventional example. It was also confirmed that the deterioration of the bonding strength with time was small.
なお、蒸着を行う際にるつぼシャッターを操作して、Sn薄膜、Ag薄膜、Al薄膜を積層させた場合においても、図3のようなDSC特性が得られることが確認できた。この場合、各薄膜の厚さは、最大で100nm以下となるようにすることが好ましいこともわかった。これは、あまりに各膜の厚さが厚いと、はんだとして用いる際の加熱時に十分な溶融が行えなかったためである。同様に、Sn−Ag薄膜、Sn−Al薄膜、Ag−Al薄膜を積層させてもよいことがわかった。つまり、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料を得るに際して、全ての主成分を含まない複数種類の薄膜が積層されていてもよいことがわかった。 It was confirmed that the DSC characteristics as shown in FIG. 3 were obtained even when the Sn thin film, the Ag thin film, and the Al thin film were laminated by operating the crucible shutter during the vapor deposition. In this case, it was also found that the thickness of each thin film is preferably 100 nm or less. This is because if the thickness of each film is too large, sufficient melting could not be performed during heating when used as solder. Similarly, it has been found that a Sn—Ag thin film, a Sn—Al thin film, and an Ag—Al thin film may be laminated. In other words, it was found that when obtaining a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements, a plurality of kinds of thin films not containing all the principal ingredients may be laminated.
同様に、Sn、Ag、Al、Bi、Cuのうち少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、主成分とする金属元素の全ては含まず、かつ、いずれか1つまたは複数の金属元素を主成分とする複数種類の薄膜が積層され、かつ、積層された複数種類の薄膜全体には主成分とする金属元素の全てが含まれている薄膜も、融点250℃〜350℃の高温はんだとして利用可能であることがわかった。この場合も、各薄膜の厚さは、最大で100nm以下となるようにすることが好ましかった。 Similarly, it is a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements among Sn, Ag, Al, Bi, and Cu, does not include all of the metal elements that are principal components, and either one or A thin film in which a plurality of types of thin films mainly composed of a plurality of metal elements are laminated, and a thin film in which all of the plurality of types of laminated thin films contain all of the metal elements as the main components is also used. It was found that it can be used as a high-temperature solder at ℃. Also in this case, it was preferable that the thickness of each thin film was 100 nm or less at the maximum.
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について、図6を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態2において用いた蒸着装置の概略構成を示す断面図である。図6において、真空容器1内に第1るつぼ2、第2るつぼ3が配置され、それぞれのるつぼ内にSn−Ag合金からなる第1材料5、Ag−Al合金からなる第2材料6が設けられている。それぞれのるつぼは、第1ヒーター8、第2ヒーター9により加熱できるよう構成されており、各ヒーターは、第1温調器11、第2温調器12により温度調節される。各るつぼに対向して設けられた基板ホルダー14に回収材としての基板15が載置されている。真空容器1内をポンプ16により排気し、所定の圧力に達した後、各るつぼを所定の温度まで加熱すると、第1材料及び第2材料が固体から液体へと変化し、やがて蒸発しはじめる。基板ホルダー14と支柱17を介して接続されたモーター18を動作させることにより基板15を回転させながら蒸着を行い、基板15の表面に薄膜状の堆積物を形成した。このとき、図示しないるつぼシャッター(各るつぼに設けられている)の開口を調整することにより、蒸発量の比、及び、堆積物中の含有量の比がSn:Ag:Al=75:11:14(重量比)となるようにした。含有量の比を所望の値にするため、事前に個々のるつぼのみを加熱したときの蒸着速度をるつぼ温度の関数として求めておき、実際にはんだ材料を得る際に所望の比になるように各るつぼの温度に差をもたせるようにした。なお、各るつぼの加熱開始から蒸発が始まるまでの間は、るつぼシャッターは全閉状態とした。また、基板15の材質はテフロン(登録商標)とした。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the vapor deposition apparatus used in Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 6, a first crucible 2 and a second crucible 3 are arranged in a
次に基板15を真空容器1から取り出し、基板15を超音波洗浄器にかけ、基板15に水中で超音波振動を与えることにより、堆積物と回収材としての基板15とを分離し、堆積物を粉末として得ることができた。
Next, the
こうして得られた粉末においても、Sn、Ag、Alの各元素が非平衡状態で混合されていること、すなわち、図2のように、Sn、Ag、Alの各元素が原子レベルで混合されており、図3のようなブロードな吸熱特性が得られることがわかった。つまり、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料の製造方法において、少なくとも2種類の単一金属または合金を各々るつぼ内で加熱して蒸発させ、各るつぼに対向して設けられた回収材上に形成された薄膜状の堆積物をはんだ材料として得ることによっても、良好な特性を示す高温はんだが得られることが判明した。これは、第1及び第2材料が合金であっても、蒸発した際に気相中で原子レベルにまでバラバラになるためであると考えられる。 Even in the powder thus obtained, Sn, Ag, and Al elements are mixed in a non-equilibrium state, that is, Sn, Ag, and Al elements are mixed at the atomic level as shown in FIG. Thus, it was found that a broad endothermic characteristic as shown in FIG. 3 was obtained. In other words, in the method for producing a solder material containing at least three kinds of metal elements as a main component, at least two kinds of single metals or alloys are heated in each crucible and evaporated, and a recovery provided opposite to each crucible. It has been found that a high-temperature solder exhibiting good characteristics can also be obtained by obtaining a thin film-like deposit formed on a material as a solder material. This is considered to be because even if the first and second materials are alloys, they will fall to the atomic level in the gas phase when evaporated.
こうして得られたはんだ材料について、接合強度を測定したところ、従来例と比較して1.3倍接合強度が強かった。また、接合強度の経時的な劣化も小さいことが確かめられた。 When the bonding strength of the solder material thus obtained was measured, the bonding strength was 1.3 times that of the conventional example. It was also confirmed that the deterioration of the bonding strength with time was small.
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について、図7を用いて説明する。図7は、本発明の実施の形態3において用いたスパッタリング装置の概略構成を示す断面図である。図7において、真空容器1内にSn製第1ターゲット材19、Ag製第2ターゲット材20、Al製第3ターゲット材21が配置されている。それぞれのターゲットには、第1バッキングプレート22、第2バッキングプレート23、第3バッキングプレート24が設けられ、各々第1DC電源25、第2DC電源26、第3DC電源27が接続されている。各ターゲット材に対向して設けられた基板ホルダー14に回収材としての基板15が載置されている。真空容器1内にガス供給装置28からアルゴンガスを供給しつつ、真空容器1内をポンプ16により排気し、所定の圧力に制御しながら、各DC電源を操作して第1、第2、第3ターゲットに直流の高電圧を印加すると、真空容器1内にプラズマが発生し、高エネルギー粒子としてのアルゴンイオンが各ターゲット材に衝突し、第1ターゲット材19、第2ターゲット材20、第3ターゲット材21からそれぞれSn、Ag、Al原子がスパッタリングされて飛び出す。基板ホルダー14と支柱17を介して接続されたモーター18を動作させることにより基板15を回転させながらスパッタリングを行い、基板15の表面に薄膜状の堆積物を形成した。このとき、DC電源から供給されるDC電流を調整することにより、スパッタリング量の比、及び、堆積物中の含有量の比がSn:Ag:Al=75:11:14(重量比)となるようにした。含有量の比を所望の値にするため、事前に個々のターゲットのみをスパッタリングしたときの堆積速度をDC電流の関数として求めておき、実際にはんだ材料を得る際に所望の比になるように各ターゲットに供給するDC電流に差をもたせるようにした。また、基板15の材質はテフロン(登録商標)とした。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the sputtering apparatus used in Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 7, a
次に基板15を真空容器1から取り出し、基板15を超音波洗浄器にかけ、基板15に水中で超音波振動を与えることにより、堆積物と回収材としての基板15とを分離し、堆積物を粉末として得ることができた。
Next, the
こうして得られた粉末においても、Sn、Ag、Alの各元素が非平衡状態で混合されていること、すなわち、図2のように、Sn、Ag、Alの各元素が原子レベルで混合されており、図3のようなブロードな吸熱特性が得られることがわかった。つまり、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料の製造方法において、各元素からなるターゲット材に高エネルギー粒子を衝突させてスパッタリングし、各ターゲット材に対向して設けられた回収材上に形成された薄膜状の堆積物をはんだ材料として得ることによっても、良好な特性を示す高温はんだが得られることが判明した。これは、スパッタリングにおいても、蒸着の場合と同様、ターゲット材から飛び出した原料粒子は気相中で原子レベルにまでバラバラになっているためであると考えられる。 Even in the powder thus obtained, Sn, Ag, and Al elements are mixed in a non-equilibrium state, that is, Sn, Ag, and Al elements are mixed at the atomic level as shown in FIG. Thus, it was found that a broad endothermic characteristic as shown in FIG. 3 was obtained. In other words, in a method for producing a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements, sputtering is performed by causing high energy particles to collide with a target material made of each element, and on a recovery material provided facing each target material. It was found that a high-temperature solder exhibiting good characteristics can also be obtained by obtaining a thin film-like deposit formed in (1) as a solder material. This is presumably because, in sputtering, as in the case of vapor deposition, the raw material particles that have jumped out of the target material are scattered to the atomic level in the gas phase.
こうして得られたはんだ材料について、接合強度を測定したところ、従来例と比較して1.5倍接合強度が強かった。また、接合強度の経時的な劣化も小さいことが確かめられた。 When the bonding strength of the solder material thus obtained was measured, the bonding strength was 1.5 times that of the conventional example. It was also confirmed that the deterioration of the bonding strength with time was small.
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について、図8を用いて説明する。図8は、本発明の実施の形態4において用いたスパッタリング装置の概略構成を示す断面図である。図8において、真空容器1内にSn−Ag製第1ターゲット材19、Ag−Al製第2ターゲット材20が配置されている。それぞれのターゲットには、第1バッキングプレート22、第2バッキングプレート23が設けられ、各々第1DC電源25、第2DC電源26が接続されている。各ターゲット材に対向して設けられた基板ホルダー14に回収材としての基板15が載置されている。真空容器1内にガス供給装置28からアルゴンガスを供給しつつ、真空容器1内をポンプ16により排気し、所定の圧力に制御しながら、各DC電源を操作して第1、第2、第3ターゲットに直流の高電圧を印加すると、真空容器1内にプラズマが発生し、高エネルギー粒子としてのアルゴンイオンが各ターゲット材に衝突し、第1ターゲット材19、第2ターゲット材20からそれぞれSnおよびAg原子、Ag及びAl原子がスパッタリングされて飛び出す。基板ホルダー14と支柱17を介して接続されたモーター18を動作させることにより基板15を回転させながらスパッタリングを行い、基板15の表面に薄膜状の堆積物を形成した。このとき、DC電源から供給されるDC電流を調整することにより、スパッタリング量の比、及び、堆積物中の含有量の比がSn:Ag:Al=75:11:14(重量比)となるようにした。含有量の比を所望の値にするため、事前に個々のターゲットのみをスパッタリングしたときの堆積速度をDC電流の関数として求めておき、実際にはんだ材料を得る際に所望の比になるように各ターゲットに供給するDC電流に差をもたせるようにした。また、基板15の材質はテフロン(登録商標)とした。
(Embodiment 4)
Next,
次に基板15を真空容器1から取り出し、基板15を超音波洗浄器にかけ、基板15にエタノール中で超音波振動を与えることにより、堆積物と回収材としての基板15とを分離し、堆積物を粉末として得ることができた。
Next, the
こうして得られた粉末においても、Sn、Ag、Alの各元素が非平衡状態で混合されていること、すなわち、図2のように、Sn、Ag、Alの各元素が原子レベルで混合されており、図3のようなブロードな吸熱特性が得られることがわかった。つまり、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料の製造方法であって、少なくとも2種類の単一金属または合金からなるターゲット材に高エネルギー粒子を衝突させてスパッタリングし、各ターゲット材に対向して設けられた回収材上に形成された薄膜状の堆積物をはんだ材料として得ることによっても、良好な特性を示す高温はんだが得られることが判明した。これは、スパッタリングにおいても、蒸着の場合と同様、ターゲット材から飛び出した原料粒子は気相中で原子レベルにまでバラバラになっているためであると考えられる。 Even in the powder thus obtained, Sn, Ag, and Al elements are mixed in a non-equilibrium state, that is, Sn, Ag, and Al elements are mixed at the atomic level as shown in FIG. Thus, it was found that a broad endothermic characteristic as shown in FIG. 3 was obtained. That is, a method for producing a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements, in which high energy particles are collided with a target material made of at least two kinds of single metals or alloys and sputtered to each target material. It has been found that a high-temperature solder exhibiting good characteristics can also be obtained by obtaining a thin film-like deposit formed on a collecting material provided oppositely as a solder material. This is presumably because, in sputtering, as in the case of vapor deposition, the raw material particles that have jumped out of the target material are scattered to the atomic level in the gas phase.
以上本願発明の実施の形態1、2、3及び4においては、回収材に振動を与えることにより、回収材に堆積させた堆積物を粉末として得る場合を例示したが、回収材を堆積物に対して選択的に溶解させることによって、回収材に堆積させた堆積物を粉末またはシートとして得ることもできる。この場合、有機溶剤に容易に溶ける樹脂を回収材としての基板に用いることができる。
As described above, in
こうして得られたはんだ材料について、接合強度を測定したところ、従来例と比較して1.3倍接合強度が強かった。また、接合強度の経時的な劣化も小さいことが確かめられた。 When the bonding strength of the solder material thus obtained was measured, the bonding strength was 1.3 times that of the conventional example. It was also confirmed that the deterioration of the bonding strength with time was small.
また、少なくとも3種類の金属元素を主成分とする合金をるつぼ内で加熱するか、または、少なくとも3種類の金属元素を主成分とする合金製のターゲットに高エネルギー粒子を衝突させることにより、回収材の表面にはんだ材料を堆積させてもよい。この場合においても、蒸着源(るつぼ)またはターゲット材から飛び出した原料粒子は、気相中で原子レベルにまでバラバラになるため、回収材の表面において、非平衡状態で混合、原子レベルで混合される。 In addition, the alloy mainly containing at least three kinds of metal elements is heated in the crucible, or the high energy particles are collided with the target made of the alloy mainly containing at least three kinds of metal elements. A solder material may be deposited on the surface of the material. Even in this case, since the raw material particles jumping out from the vapor deposition source (crucible) or the target material are dispersed to the atomic level in the gas phase, they are mixed in the non-equilibrium state and mixed at the atomic level on the surface of the recovered material. The
また、堆積物と回収材とを分離して得た堆積物からなる粉体を、樹脂ペーストに混合して、鉛フリー(無鉛)高温はんだペーストとしても利用可能である。すなわち、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が非平衡状態で混合されている粉末がペースト化されているもの、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が原子レベルで混合されている粉末がペースト化されているもの、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、主成分とする全ての金属元素は含まず、かつ、いずれか1つまたは複数の金属元素を主成分とする複数種類の薄膜が積層され、かつ、積層された複数種類の薄膜全体には全ての元素が主成分として含まれている薄膜からなる粉末がペースト化されているものを、鉛フリー(無鉛)高温はんだペーストとして利用することができる。ここで、「薄膜からなる粉末」とは、粉末の集合全体としては粉末様でありながら、個々の粉体の構造が薄膜状であるものを指す。また、「粉末がペースト化されている」とは、粉末が有機系の溶媒に混合され、塗布しやすく液状になっているものを指す。ペースト化されているものは、印刷、ディスペンス、塗布及びリフローを組み合わせて、広く実装分野に応用可能である。すなわち、これをペーストはんだとして用いて2つの端子間を接合することにより、無鉛で高耐熱の接合方法を実現することができる。 Moreover, the powder which consists of a deposit obtained by isolate | separating a deposit and a collection | recovery material is mixed with a resin paste, and it can utilize also as a lead-free (lead-free) high temperature solder paste. That is, a solder material mainly containing at least three kinds of metal elements, in which a powder in which each element is mixed in a non-equilibrium state is made into a paste, and contains at least three kinds of metal elements as a main ingredient Solder material in which each element is mixed at the atomic level and made into a paste, or a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements, and all the metal elements composed mainly In addition, a plurality of types of thin films containing one or more metal elements as the main component are laminated, and all the plurality of types of laminated thin films contain all the elements as the main components. A paste made of a thin film powder can be used as a lead-free (lead-free) high-temperature solder paste. Here, the “powder made of a thin film” refers to a powder that is like a powder as a whole but has a thin film structure. Further, “powder is made into a paste” refers to a powder that is mixed with an organic solvent and is in a liquid state that is easy to apply. What is made into a paste can be widely applied to the mounting field by combining printing, dispensing, coating and reflow. That is, by using this as paste solder to join two terminals, a lead-free and high heat-resistant joining method can be realized.
また、回収材が基板である場合を例示したが、回収材がテープ状であり、テープ状回収材から堆積物を分離してはんだリボンを得ることも可能である。すなわち、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が非平衡状態で混合され、リボン状に成形されているもの、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が原子レベルで混合され、リボン状に成形されているもの、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、主成分とする金属元素の全ては含まず、かつ、いずれか1つまたは複数の金属元素を主成分とする複数種類の薄膜が積層され、かつ、積層された複数種類の薄膜全体には全ての元素が主成分として含まれている薄膜が、リボン状に成形されているものを、無鉛の高温はんだリボンとして利用することができる。ここで、「リボン状に成形されている」とは、厚さが概ね0.01mm以上0.5mm以下、幅が概ね0.1mm以上10mm以下の薄板状に成形されたもので、粘着テープのようにボビンに巻かれた状態で保管できるような帯状のものを指す。また、「薄膜が積層され、リボン状に成形されている」とは、全体としてはリボン状でありながら、リボン(薄板)の断面構造を詳細に観察すると、異種の薄膜が積層されているようなものを指す。このようなリボン状のはんだ材料をパンチして第1の端子に転写し、はんだ材料が転写された第1の端子と第2の端子を接触させた状態で加熱することによりはんだ材料を溶融させた後冷却し、第1の端子と第2の端子を接合することが可能である。 Moreover, although the case where the collection | recovery material was a board | substrate was illustrated, the collection | recovery material is tape shape, it is also possible to isolate | separate deposits from a tape-like collection material and to obtain a solder ribbon. That is, a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements, in which each element is mixed in a non-equilibrium state and formed into a ribbon shape, and a solder mainly composed of at least three kinds of metal elements A material in which each element is mixed at the atomic level and formed into a ribbon shape, or a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements, including all the metal elements composed mainly A thin film in which a plurality of types of thin films mainly composed of any one or a plurality of metal elements is laminated, and all the elements are contained as a main component in the plurality of laminated thin films. However, the ribbon-shaped one can be used as a lead-free high-temperature solder ribbon. Here, “formed in a ribbon shape” means a thin plate having a thickness of approximately 0.01 mm to 0.5 mm and a width of approximately 0.1 mm to 10 mm. In this way, it refers to a strip that can be stored in a state wound on a bobbin. “Thin films are laminated and formed into ribbons” means that the cross-sectional structure of the ribbon (thin plate) is observed in detail, but dissimilar thin films are laminated, although it is ribbon-like as a whole. It points to something. Such a ribbon-shaped solder material is punched and transferred to the first terminal, and the solder material is melted by heating in a state where the first terminal to which the solder material is transferred and the second terminal are in contact with each other. After cooling, it is possible to join the first terminal and the second terminal.
また、回収材が高融点材料からなるワイヤーであってもよく、この場合、糸はんだ様の無鉛高温はんだを実現することができる。すなわち、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が非平衡状態で混合され、高融点材料からなるワイヤーの表面に形成されているもの、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が原子レベルで混合され、高融点材料からなるワイヤーの表面に形成されているもの、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、主成分とする金属元素の全ては含まず、かつ、いずれか1つまたは複数の金属元素を主成分とする複数種類の薄膜が積層され、かつ、積層された複数種類の薄膜全体には全ての元素が主成分として含まれている薄膜が、高融点材料からなるワイヤーの表面に形成されているものを、糸はんだのように使用することが可能である。つまり、第1の端子と第2の端子を接触させた状態で加熱し、第1の端子と第2の端子が接触した部分の近傍に、糸はんだ様のはんだ材料を接触させ、はんだ材料を溶融させた後冷却し、第1の端子と第2の端子を接合することができる。ワイヤーの材質としては、W(タングステン)、Ta(タンタル)などの高融点材料はもちろん、合金はんだの主成分金属のいずれよりも融点が高ければ、これを用いることができる。 Further, the recovery material may be a wire made of a high melting point material, and in this case, a lead-free high-temperature solder like a thread solder can be realized. That is, a solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements, each element being mixed in a non-equilibrium state and formed on the surface of a wire made of a high melting point material, at least three kinds of metal elements A solder material mainly composed of at least three kinds of metal elements, each element being mixed at an atomic level and formed on the surface of a wire made of a high melting point material. A solder material containing at least three kinds of metal elements as a main component, not including all of the metal elements as main components, and a plurality of kinds of solder materials containing any one or more metal elements as main components A thin film in which all the elements are contained as the main component in the laminated thin film is formed on the surface of the wire made of a high melting point material. , It can be used as the solder wire. That is, heating is performed in a state where the first terminal and the second terminal are in contact with each other, a thread solder-like solder material is brought into contact with the vicinity of a portion where the first terminal and the second terminal are in contact, and the solder material is The first terminal and the second terminal can be joined by cooling after being melted. As the material of the wire, not only high melting point materials such as W (tungsten) and Ta (tantalum), but also any melting point higher than any of the main component metals of the alloy solder can be used.
また、本願発明により得られた無鉛の高温はんだ材料により接合された接合構造体からなる電子部品は、無鉛で高耐熱という優れた特徴を備える。 Moreover, the electronic component which consists of the joining structure joined by the lead-free high-temperature solder material obtained by this invention is equipped with the outstanding characteristics of lead-free and high heat resistance.
また、図9に示すように、3種類の金属元素を主成分とする合金製のターゲットに高エネルギー粒子を衝突させるに際して、各々のターゲットの間についたて29を設けることにより、単一組成に近い薄膜を積層することも可能である。なお、ついたて29を設けたことのほかは、図9の構成は図7の構成と同じであるので、詳細は省略する。
In addition, as shown in FIG. 9, when high energy particles collide with an alloy target containing three kinds of metal elements as main components, by providing a
(実施の形態5)
次に、本発明の実施の形態5について、図10を用いて説明する。図10は、本発明の実施の形態5における、基板と電子部品とを接合する方法を示す断面図である。図10(a)において、基板30上に配線やランドなどの導体パターン31が形成されている。次に、図10(b)のように、基板に感光性材料32を形成し、露光、現像を経て図10(c)のようにパターニングする。ここで、露出した導体部分は電子部品を実装するためのランド33である。次に、基板を図1に示した蒸着装置に設置し、図10(d)のように、基板表面にはんだ材料34を形成する。次いで、図10(e)のように、感光性材料からなるパターンをエッチングしてはんだ材料をリフトオフすることにより基板上にはんだ材料からなるパターンを形成する。そして、図10(f)のように、基板に電子部品35をマウントする。次に、基板をリフローしてはんだ材料を溶融させて基板と電子部品を接合する。このような接合方法により、無鉛で耐熱性に優れた接合方法が実現できた。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for joining a substrate and an electronic component in
感光性材料を用いなくても、次のような方法によっても、基板に電子部品を接合することができる。すなわち、基板に、所定のパターニングが施されたマスクを近接または接触させた状態で、本願発明の実施の形態1、2、3または4で述べたはんだ材料の製造方法を用いて基板表面の所定の位置にはんだ材料を形成することにより、所望の位置(ランド)にはんだ材料を堆積させることができる。次いで、基板に電子部品をマウントし、基板をリフローしてはんだ材料を溶融させて基板と電子部品を接合する。 Even without using a photosensitive material, an electronic component can be bonded to the substrate by the following method. That is, the substrate surface is predetermined using the solder material manufacturing method described in the first, second, third, or fourth embodiment of the present invention in a state where a mask subjected to predetermined patterning is brought close to or in contact with the substrate. By forming the solder material at the position, the solder material can be deposited at a desired position (land). Next, the electronic component is mounted on the substrate, the substrate is reflowed to melt the solder material, and the substrate and the electronic component are joined.
また、2つの電子部品を接合する際にも、本願発明は適用可能である。つまり、第1の電子部品に、所定のパターニングが施されたマスクを近接または接触させた状態で、本願発明の実施の形態1、2、3または4で述べたはんだ材料の製造方法を用いて第1の電子部品の表面の所定の位置にはんだ材料を形成するステップと、第1の電子部品に第2の電子部品を接触させるステップと、これをリフローしてはんだ材料を溶融させて第1の電子部品と第2の電子部品を接合するステップを順次行うことにより、2つの電子部品を接合することができる。 The present invention can also be applied when two electronic components are joined. That is, the solder material manufacturing method described in the first, second, third, or fourth embodiment of the present invention is used in a state where a mask subjected to predetermined patterning is brought close to or in contact with the first electronic component. Forming a solder material at a predetermined position on the surface of the first electronic component; bringing the second electronic component into contact with the first electronic component; and reflowing the solder material to melt the first electronic component. By sequentially performing the step of joining the electronic component and the second electronic component, the two electronic components can be joined.
以上述べた本願発明の実施の形態においては、はんだ材料中の含有量の比がSn:Ag:Al=75:11:14(重量比)である場合を例示したが、主成分たる少なくとも3種類の金属元素として、Sn、Ag及びAlを用いる場合、Snが最も多く、Agの含有率が1重量%以上21重量%以下、Alの含有率が4重量%以上24重量%以下であることが好ましい。この組成範囲において、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を実現することができる。 In the embodiment of the present invention described above, the case where the content ratio in the solder material is Sn: Ag: Al = 75: 11: 14 (weight ratio) is exemplified, but at least three kinds as the main components When Sn, Ag, and Al are used as the metal element, Sn is the most, the Ag content is 1 wt% or more and 21 wt% or less, and the Al content is 4 wt% or more and 24 wt% or less. preferable. In this composition range, a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering at a high temperature range of 250 to 350 ° C. can be realized.
また、主成分たる少なくとも3種類の金属元素として、Bi、Ag及びCuを用いることも可能であり、この場合、Biが最も多く、Agの含有率が1重量%以上15重量%以下、Cuの含有率が30重量%以上40重量%以下であることが好ましい。この組成範囲において、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を実現することができる。 Further, Bi, Ag and Cu can be used as at least three kinds of metal elements as main components. In this case, Bi is the most, Ag content is 1 wt% or more and 15 wt% or less, Cu The content is preferably 30% by weight or more and 40% by weight or less. In this composition range, a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering at a high temperature range of 250 to 350 ° C. can be realized.
また、主成分たる少なくとも3種類の金属元素として、Sn、Cu及びAlを用いることも可能であり、この場合、Snが最も多く、Cuの含有率が1重量%以上14重量%以下、Alの含有率が9重量%以上29重量%以下であることが好ましい。この組成範囲において、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料を実現することができる。 Further, Sn, Cu and Al can be used as at least three kinds of metal elements as the main components. In this case, Sn is the most, the Cu content is 1 wt% or more and 14 wt% or less, and Al The content is preferably 9% by weight or more and 29% by weight or less. In this composition range, a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering at a high temperature range of 250 to 350 ° C. can be realized.
また、3種類以上の金属元素を用いることも可能である。例えば、Niを添加することにより、融点を高めることが可能である。あるいは、Auを添加することにより、展性を高めることが可能である。また、Agの含有率を減らし、その分をZnで置き換えることにより、はんだ材料のコストダウンを図ることが可能である。 It is also possible to use three or more kinds of metal elements. For example, the melting point can be increased by adding Ni. Alternatively, malleability can be improved by adding Au. Moreover, it is possible to reduce the cost of the solder material by reducing the content of Ag and replacing it with Zn.
また、回収材上に薄膜状のはんだ材料を堆積させ、回収材と堆積物を分離して用いる場合には、できるだけ多くの堆積物を1枚の回収材上に堆積させる方がコスト面で有利である。一方、堆積後の分離を考えると、テフロン(登録商標)など剥離性に優れた材料を用いることが望ましい。しかし、このことは、堆積中の膜剥がれの危険性が増すことを意味する。 In addition, when a thin film solder material is deposited on the recovered material and the recovered material and the deposit are used separately, it is more advantageous in terms of cost to deposit as much deposit as possible on one recovered material. It is. On the other hand, considering separation after deposition, it is desirable to use a material having excellent peelability such as Teflon (registered trademark). However, this means that there is an increased risk of film peeling during deposition.
蒸着法では、回収材が上方、蒸着源(るつぼ)が下方となる。万一、回収材から堆積物が剥がれ落ちた場合には、原子レベルで混合された合金膜がその原料に混入することになるため、好ましくない。よって、堆積膜の膜厚は、膜剥がれが確実に防止できるように定められるべきであり、Snが最も多い組成の場合には最大で1mm、Biが最も多い場合には最大で100μmに抑えるべきである。 In the vapor deposition method, the recovered material is on the upper side and the vapor deposition source (crucible) is on the lower side. In the unlikely event that the deposit is peeled off from the recovered material, the alloy film mixed at the atomic level is mixed into the raw material, which is not preferable. Therefore, the film thickness of the deposited film should be determined so that film peeling can be surely prevented, and should be suppressed to a maximum of 1 mm for the composition with the largest amount of Sn and 100 μm for the largest amount of Bi. It is.
スパッタリング法では、回収材とターゲット材の配置には自由度が高く、どちらが上方・下方であってもよく、ともに側方であってもよい。回収材が上方である場合を除き、膜剥がれが生じてもターゲット材への不純物混入によるダメージは小さいため、蒸着法よりも大きい膜厚まで堆積を続けることも可能であるが、やはり膜剥がれは好ましいことではなく、Snが最も多い組成の場合には最大で1mm、Biが最も多い場合には最大で100μmに抑えるべきである。 In the sputtering method, there is a high degree of freedom in the arrangement of the recovered material and the target material, and either of them may be upward or downward, and both may be lateral. Except for the case where the recovered material is above, even if film peeling occurs, damage due to contamination of the target material is small, so it is possible to continue deposition to a film thickness larger than the evaporation method, but film peeling is still It is not preferable, and should be suppressed to 1 mm at the maximum in the case of the composition with the largest amount of Sn and 100 μm at the maximum in the case of the largest amount of Bi.
また、回収材にはんだ材料を堆積させている間は、回収材の温度を低温に保つことが好ましい。とくに、200℃以下に保つことが好ましく、120℃以下に保つことが、さらに好ましい。これは、回収材の温度が高すぎると、堆積膜中で各原子がマイグレーションを起こし、平衡状態に近い構成のものとなりやすいためである。120℃以下であれば、回収材として用いる樹脂の変形も最小限に抑えられる。 Moreover, it is preferable to keep the temperature of the recovered material at a low temperature while depositing the solder material on the recovered material. In particular, it is preferable to keep it at 200 ° C. or lower, and it is more preferable to keep it at 120 ° C. or lower. This is because if the temperature of the recovered material is too high, each atom in the deposited film migrates and tends to have a configuration close to an equilibrium state. If it is 120 degrees C or less, the deformation | transformation of resin used as a collection | recovery material will also be suppressed to the minimum.
また、蒸着法においてはるつぼシャッターを、スパッタリング法においてはDC電源をそれぞれ操作することにより、単一組成の薄膜を順繰りに積層させることも可能である。 Further, by operating a crucible shutter in the vapor deposition method and a DC power source in the sputtering method, thin films having a single composition can be sequentially stacked.
また、回収材と堆積物とを分離する際に超音波洗浄器を用いる場合を例示したが、超音波洗浄器中に水または有機溶剤を用いることができる。あるいは、空気中で振動を与えることによっても、分離が促進される。あるいは、振動を与えずにナイフ様のものではぎ取ることも可能である。 Moreover, although the case where an ultrasonic cleaner was used when isolate | separating a collection | recovery material and a deposit was illustrated, water or an organic solvent can be used in an ultrasonic cleaner. Alternatively, separation is also promoted by applying vibration in the air. Alternatively, it can be peeled off with a knife-like object without applying vibration.
また、高エネルギー粒子をターゲット材に衝突させる方法として、スパッタリング法を例示したが、電子ビーム蒸着法、レーザー蒸着法などを用いることも可能である。 Moreover, although the sputtering method was illustrated as a method of making high energy particle collide with a target material, it is also possible to use an electron beam vapor deposition method, a laser vapor deposition method, etc.
また、基板を回転させながら回収材上に薄膜を堆積させる場合を例示したが、基板の回転速度は、堆積物中で各原子が十分に混ざり合うように設定すべきである。そのためには、概ね5rpm〜1000rpm程度の速度であることが好ましい。回転速度が遅すぎると、原子レベルでの混合状態が完全には実現できない。回転速度が速すぎると、堆積中の膜剥がれが生じる場合がある。 Moreover, although the case where a thin film is deposited on a collection | recovery material was demonstrated while rotating a board | substrate, the rotational speed of a board | substrate should be set so that each atom may fully mix in a deposit. For this purpose, a speed of about 5 rpm to 1000 rpm is preferable. If the rotation speed is too slow, a mixed state at the atomic level cannot be realized completely. If the rotational speed is too high, film peeling during deposition may occur.
また、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が非平衡状態で混合されていること、あるいは、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料であって、各元素が原子レベルで混合されていること、を確認するには、DSC法を用いて示差走査熱量分析曲線を取得して判断するのが簡便である。我々の研究により得られた判断方法を以下で説明する。図11は、少なくとも3種類の金属元素を主成分とするはんだ材料の製造方法において、各元素からなるターゲット材に高エネルギー粒子を衝突させてスパッタリングし、各ターゲット材に対向して設けられた回収材上に形成された薄膜状の堆積物の示差走査熱量分析曲線である。Aはこの堆積物において、各元素が非平衡状態で混合されていること、すなわち、原子レベルで混合されていることを示すピークである。このピークは、少なくとも3種類の金属元素を液相で混合させた場合、すなわち、主成分である金属の粉末などを原料として準備し、所定の重量比で一つのるつぼ内に入れ、これを加熱して液化させて混合させた場合、冷却後に得られた合金の示差走査熱量分析曲線には見られないピークである。B及びCは、少なくとも3種類の金属元素を液相で混合させた場合、すなわち、主成分である金属の粉末などを原料として準備し、所定の重量比で一つのるつぼ内に入れ、これを加熱して液化させて混合させた場合、冷却後に得られた合金の示差走査熱量分析曲線に見られるピークと同じ温度に見られるピークである。ここで、A、B、Cの絶対値は、それぞれ18mW、2mW、3mWであった。我々の研究によれば、Aと、A以外のピークの中で最大のピーク(図11の例ではC)との比(A/C)が1.0より大きい場合に高温はんだとしての特性が向上し、接合強度が高く、接合強度の経時的な劣化が小さいということを見いだした。また、2より大きいと接合強度の従来比が1.1倍以上となり、顕著な特性向上が見られた。図11の例においては、ピークの比A/Cが6であり、接合強度は従来比で1.4倍であった。 Further, the solder material is composed mainly of at least three kinds of metal elements, and each element is mixed in a non-equilibrium state, or the solder material is composed mainly of at least three kinds of metal elements. In order to confirm that each element is mixed at the atomic level, it is easy to make a judgment by obtaining a differential scanning calorimetry curve using the DSC method. The judgment method obtained by our research is explained below. FIG. 11 shows a method of manufacturing a solder material containing at least three kinds of metal elements as a main component. Sputtering is performed by causing high energy particles to collide with a target material made of each element and sputtering, and the recovery material provided facing each target material. It is a differential scanning calorimetry curve of the thin-film-like deposit formed on the material. A is a peak indicating that each element is mixed in a non-equilibrium state, that is, mixed at an atomic level in this deposit. This peak is obtained when at least three kinds of metal elements are mixed in a liquid phase, that is, a metal powder as a main component is prepared as a raw material, put in one crucible at a predetermined weight ratio, and heated. When the mixture is liquefied and mixed, the peak is not found in the differential scanning calorimetry curve of the alloy obtained after cooling. B and C are prepared by mixing at least three kinds of metal elements in a liquid phase, that is, preparing a powder of metal as a main component as a raw material and putting it in one crucible at a predetermined weight ratio. When heated and liquefied and mixed, the peak is found at the same temperature as the peak found in the differential scanning calorimetry curve of the alloy obtained after cooling. Here, the absolute values of A, B, and C were 18 mW, 2 mW, and 3 mW, respectively. According to our study, when the ratio (A / C) between A and the largest peak other than A (C in the example of FIG. 11) is greater than 1.0, the characteristics as a high-temperature solder are It has been found that the bonding strength is improved and the deterioration of the bonding strength over time is small. On the other hand, when the ratio was larger than 2, the conventional ratio of the bonding strength was 1.1 times or more, and a remarkable improvement in characteristics was observed. In the example of FIG. 11, the peak ratio A / C was 6, and the bonding strength was 1.4 times that of the conventional case.
本願発明のはんだ材料及びその製造方法によれば、250〜350℃の高温域でのはんだ付けに使用可能な、無鉛の高温はんだ材料とその製造方法を提供することが可能となる。そして、これを電気、電子機器に適用すると、従来のマザー基板上のみならず、モジュール部品さらには電子部品の内部まで無鉛化することになり、電気、電子機器の完全な無鉛化を実現することができる。そのため、世界的な広がりを見せている鉛を対象とした法規制の制約を受けることなく、地球環境に対する負荷の小さい電気、電子機器を生産することが可能となる利点を有し、人体に対して有害である鉛を含まない高温はんだ材料、その接合構造体からなる製品等の生産の用途にも適用できる。 According to the solder material and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to provide a lead-free high-temperature solder material that can be used for soldering in a high temperature range of 250 to 350 ° C. and a manufacturing method thereof. And when this is applied to electrical and electronic equipment, it will lead to lead-free not only on the conventional mother board, but also to the inside of the module parts and electronic parts, and to realize the complete lead-free of electrical and electronic equipment. Can do. Therefore, it has the advantage of being able to produce electrical and electronic equipment with a low impact on the global environment without being restricted by laws and regulations targeting lead, which is spreading worldwide. It can also be applied to production applications such as high-temperature solder materials that do not contain lead, which are harmful, and products composed of the joint structure.
1 真空容器
2 第1るつぼ
3 第2るつぼ
4 第3るつぼ
5 第1材料
6 第2材料
7 第3材料
8 第1ヒーター
9 第2ヒーター
10 第3ヒーター
11 第1温調器
12 第2温調器
13 第3温調器
14 基板ホルダー
15 基板
16 ポンプ
17 支柱
18 モーター
DESCRIPTION OF
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Cited By (4)
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JP2008142729A (en) * | 2006-12-07 | 2008-06-26 | Hitachi Metals Ltd | Solder for directly connecting aluminum member |
JP2010234401A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Dowa Metaltech Kk | Brazing filler metal, method for joining brazing filler metal, and substrate joined with brazing filler metal |
WO2011104229A1 (en) * | 2010-02-23 | 2011-09-01 | Jenoptik Laser Gmbh | Method for applying soft solder to a mounting surface of a component |
WO2011125140A1 (en) * | 2010-04-05 | 2011-10-13 | 株式会社日立製作所 | Connecting material, semiconductor device, and process for producing same |
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008142729A (en) * | 2006-12-07 | 2008-06-26 | Hitachi Metals Ltd | Solder for directly connecting aluminum member |
JP2010234401A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Dowa Metaltech Kk | Brazing filler metal, method for joining brazing filler metal, and substrate joined with brazing filler metal |
WO2011104229A1 (en) * | 2010-02-23 | 2011-09-01 | Jenoptik Laser Gmbh | Method for applying soft solder to a mounting surface of a component |
CN102741004A (en) * | 2010-02-23 | 2012-10-17 | 业纳激光有限公司 | Method for applying soft solder to a mounting surface of a component |
US8745858B2 (en) | 2010-02-23 | 2014-06-10 | JEONPTIK Laser GmbH | Method for applying soft solder to a mounting surface of a component |
CN102741004B (en) * | 2010-02-23 | 2015-12-16 | 业纳激光有限公司 | For slicken solder being applied to method in the mounting surface of parts and system thereof |
WO2011125140A1 (en) * | 2010-04-05 | 2011-10-13 | 株式会社日立製作所 | Connecting material, semiconductor device, and process for producing same |
JP2011218364A (en) * | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Hitachi Ltd | Connecting material, semiconductor device, and process for producing the material and the device |
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