JP2016059943A - BALL-SHAPED Au-Ge-Sn-BASED SOLDER ALLOY AND ELECTRONIC COMPONENT USING THE SOLDER ALLOY - Google Patents

BALL-SHAPED Au-Ge-Sn-BASED SOLDER ALLOY AND ELECTRONIC COMPONENT USING THE SOLDER ALLOY Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide at low cost, a Pb-free Au-Ge-Sn-based solder alloy for high temperature use excellent in wet spreadability and bondability, having high bond reliability and adequately usable for bonding and sealing electronic components such as a quartz crystal device or SAW filter for which extremely high reliability is required.SOLUTION: There is provided a ball-shaped Au-Ge-Sn-based solder alloy comprising 0.01-10.0 mass% Ge, 32.0-40.0 mass% Sn and the balance Au with inevitable impurities and having a ratio of major axis/minor axis of 1.00 to 1.20 or less. The major axis/minor axis ratio (X1/Z1), when mashing up the ball-shaped Au-Ge-Sn-based solder alloy from one direction, may be 1.00 to 1.50.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、高温用のPbフリーはんだ合金に関するものであり、更に詳しくはAuとGeとSnを主成分とするボール状のはんだ合金、及び該はんだ合金を用いて接合又は封止された電子部品に関する。   The present invention relates to a high-temperature Pb-free solder alloy, and more specifically, a ball-shaped solder alloy containing Au, Ge, and Sn as main components, and an electronic component joined or sealed using the solder alloy About.

近年、環境に有害な化学物質に対する規制がますます厳しくなってきており、この規制は電子部品などを基板に接合する目的で使用するはんだ材料に対しても例外ではない。はんだ材料には古くから鉛(Pb)が主成分として使われ続けてきたが、既にRohs指令などで鉛は規制対象物質になっている。このため、鉛を含まないはんだ(以降、Pbフリーはんだ、鉛フリーはんだ又は無鉛はんだとも称する)の開発が盛んに行われている。   In recent years, regulations on chemical substances harmful to the environment have become stricter, and this regulation is no exception for solder materials used for the purpose of joining electronic components to a substrate. Lead (Pb) has been used as a main component for solder materials for a long time, but lead has already been a regulated substance under the Rohs Directive. For this reason, development of solder containing no lead (hereinafter also referred to as Pb-free solder, lead-free solder, or lead-free solder) has been actively conducted.

半導体素子を基板に接合する際などに使用するはんだは、その使用限界温度によって高温用(約260℃〜400℃)と中低温用(約140℃〜230℃)とに大別され、そのうち中低温用はんだに関してはSnを主成分とするもので鉛フリーはんだが実用化されている。   Solder used for joining a semiconductor element to a substrate is roughly classified into high temperature (about 260 ° C. to 400 ° C.) and medium to low temperature (about 140 ° C. to 230 ° C.) depending on the limit temperature of use. With regard to the low-temperature solder, lead-free solder has been put into practical use with Sn as a main component.

一方、高温用のPbフリーはんだに関しても、さまざまな機関で研究開発が行われている。例えば、特許文献1には、Biを30〜80質量%含み、溶融温度が350〜500℃のBi/Agろう材が開示されている。また、特許文献2には、Biを含む共晶合金に2元共晶合金を加え、更に添加元素を加えたはんだ合金が開示されており、このはんだ合金は4元系以上の多元系はんだではあるものの、液相線温度の調整とばらつきの減少が可能となることが示されている。しかしながら、電子部品等に使用するための要求特性がまだ十分に満たされておらず、広く使用されるまでには至っていない。   On the other hand, research and development has been conducted on various high-temperature Pb-free solders. For example, Patent Document 1 discloses a Bi / Ag brazing material containing 30 to 80% by mass of Bi and having a melting temperature of 350 to 500 ° C. Patent Document 2 discloses a solder alloy in which a binary eutectic alloy is added to a eutectic alloy containing Bi and an additional element is further added. This solder alloy is a multi-component solder of a quaternary system or higher. However, it has been shown that the liquidus temperature can be adjusted and variations can be reduced. However, the required characteristics for use in electronic parts and the like have not been sufficiently satisfied, and have not yet been widely used.

高温用のPbフリーはんだ材料としては、Au−20質量%Sn合金やAu−12.5質量%Ge合金などが実用化され、水晶デバイス、SAWフィルター、MEMS(微小電子機械システム)等で使用されている。その他のAu系はんだ合金に関しては、例えば特許文献3には、Au−Ge、Au−Sb又はAu−Siの板状低融点Au合金ろうを予加熱し、次に加熱保温部を設けたプレス金型にその材料を順次送って100℃〜350℃の温度範囲でプレス加工を行うことを特徴とする板状低融点Au合金ろうのプレス加工方法について記載されている。   Pb-free solder materials for high temperatures include Au-20 mass% Sn alloy and Au-12.5 mass% Ge alloy, which are used in crystal devices, SAW filters, MEMS (microelectromechanical systems), etc. ing. With respect to other Au-based solder alloys, for example, in Patent Document 3, a plate-shaped low-melting-point Au alloy solder of Au—Ge, Au—Sb, or Au—Si is preheated and then provided with a heat insulating portion. It describes a pressing method for a plate-shaped low melting point Au alloy brazing, characterized in that the material is sequentially fed to a mold and pressed in a temperature range of 100 ° C. to 350 ° C.

また、特許文献4には、半導体パッケージの外部リードのろう付けに用いられるろう材であって、Agを10〜35wt%、In、Ge及びGaのうち少なくとも1種類を合計で3〜15wt%、及び残部のAuからなるAu合金であり、且つエレクトロマイグレーションテストにおいて短絡するまでの時間が1.5時間以上であることを特徴とするエレクトロマイグレーション防止性ろう材について記載されている。   Patent Document 4 discloses a brazing material used for brazing of external leads of a semiconductor package, and Ag is 10 to 35 wt%, and at least one of In, Ge and Ga is 3 to 15 wt% in total, In addition, the electromigration-preventing brazing material is characterized in that it is an Au alloy composed of the balance Au and the time until short-circuiting in the electromigration test is 1.5 hours or more.

更に特許文献5には、Au/Ge/Snを含む3元合金のロウ材であり、液相が発生し始める温度をTs、完全に液相になる温度をTlとした場合に、Tl−Ts<50度であることを特徴とするロウ材について記載されている。そして、この特許文献7によれば、Pbフリーを実現しつつ、リフロー温度で溶融せず、接合のための温度が高すぎて接着剤や部品自体に損傷を与えることがない、接合に好適なロウ材を提供できるとされている。   Further, Patent Document 5 describes a ternary alloy brazing material containing Au / Ge / Sn, where Ts is a temperature at which the liquid phase starts to be generated and Tl is a temperature at which the liquid phase is completely formed. It describes a brazing material characterized by <50 degrees. And according to this patent document 7, while realizing Pb-free, it does not melt at the reflow temperature, and the temperature for joining is too high, so that it does not damage the adhesive or the component itself. It is said that brazing material can be provided.

一方、ボール状のPbフリーはんだとしては、例えば特許文献6にはボール状のSn−Ag−Cu合金などの非Au系鉛フリーはんだ合金が記載され、また特許文献7にはシート状やワイヤ状又はボール状の非Au系鉛フリーZn系はんだ合金が記載されている。   On the other hand, as the ball-shaped Pb-free solder, for example, Patent Document 6 describes a non-Au-based lead-free solder alloy such as a ball-shaped Sn—Ag—Cu alloy, and Patent Document 7 describes a sheet shape or a wire shape. Alternatively, a ball-like non-Au-based lead-free Zn-based solder alloy is described.

特開2002−160089号公報JP 2002-160089 A 特開2008−161913号公報JP 2008-161913 特開平03−204191号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-204191 特開平03−138096号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-138096 特開2007−160340号公報JP 2007-160340 A 特開2011−198777号公報JP 2011-198777 A 特開2011−235342号公報JP 2011-235342 A

高温用のPbフリーはんだ材料に関しては、上記特許文献以外にも様々な報告ないし提案があるが、未だAu−20質量%Sn合金やAu−12.5質量%Ge合金よりも低コストで汎用性のあるはんだ材料は見つかっていない。即ち、一般的に半導体素子や基板には熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの比較的耐熱温度の低い材料が多用されているため、接合時の作業温度を400℃未満に、望ましくは370℃以下にするという要望がある。しかしながら、例えば上記特許文献1に開示されているBi/Agろう材では、液相線温度が400〜700℃と高いため、接合時の作業温度も400〜700℃以上になると推測され、接合される半導体素子や基板の耐熱温度を超えてしまうことになる。   There are various reports and proposals regarding Pb-free solder materials for high temperatures other than the above-mentioned patent documents, but they are still lower in cost and versatility than Au-20 mass% Sn alloy and Au-12.5 mass% Ge alloy. No solder material has been found. That is, in general, a material having a relatively low heat-resistant temperature such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin is frequently used for a semiconductor element or a substrate. Therefore, the working temperature at the time of bonding is less than 400 ° C., preferably 370 ° C. There is a demand to make it below. However, for example, in the Bi / Ag brazing material disclosed in Patent Document 1, since the liquidus temperature is as high as 400 to 700 ° C., the working temperature at the time of joining is estimated to be 400 to 700 ° C. or more, and the joining is performed. This will exceed the heat resistance temperature of the semiconductor element or substrate.

また、Au系はんだではAu−20質量%SnはんだやAu−12.5質量%Geはんだが実用化されているが、これらのAu系はんだは極めて高価なAuを多量に使用するため、汎用のPb系はんだやSn系はんだなどに比較して非常に高価である。そのため、主に水晶デバイス、SAWフィルター、MEMSなどの特に高い信頼性を必要とする箇所のはんだ付けに使用されているにすぎない。   In addition, Au-20 mass% Sn solder and Au-12.5 mass% Ge solder have been put to practical use as Au-based solders, but these Au-based solders use a large amount of very expensive Au, Compared to Pb solder, Sn solder, etc., it is very expensive. Therefore, it is mainly used only for soldering a portion requiring particularly high reliability, such as a crystal device, a SAW filter, and a MEMS.

加えて、Au系はんだを含んだ高温用のPbフリーはんだ材料の多くは、非常に延性に乏しく、硬くもしくは脆くて加工し難い。そのため、ほとんど加工を必要としないボール状はんだ合金の提案もされているが、十分な表面酸化防止や良好な濡れ広がり性と接着性、接合性が得られるようなボール状はんだ合金はまだ見つかっていない。   In addition, many high-temperature Pb-free solder materials containing Au-based solder are very poor in ductility and are hard or brittle and difficult to process. For this reason, a ball-shaped solder alloy that requires almost no processing has been proposed, but a ball-shaped solder alloy that has sufficient surface oxidation prevention, good wetting and spreading, adhesion, and bondability has not yet been found. Absent.

以上のような問題を含めAu系はんだの様々の問題に対処するべく、上記した特許文献3〜特許文献5に記載の技術が提案されている。しかしながら、上記特許文献3の技術には次のような問題がある。即ち、Au−Ge、Au−Sb、Au−Si等の板状(シート状)低融点Au合金ろうの素材特性は、室温においてガラス板のような脆性を示し、また方向性があるため、一般に長手方向に平行な面においては僅かな曲げに対しても破断し易く、亀裂の伝播が進み易いという欠点がある。   In order to cope with various problems of Au solder including the above problems, the techniques described in Patent Documents 3 to 5 have been proposed. However, the technique of Patent Document 3 has the following problems. That is, the material characteristics of a plate-like (sheet-like) low melting point Au alloy brazing material such as Au—Ge, Au—Sb, and Au—Si are brittle like glass plates at room temperature and generally have a directionality. The plane parallel to the longitudinal direction is liable to break even with a slight bending, and has a drawback that the propagation of cracks easily proceeds.

そこで、従来からコンパウンド金型を用いてプレス加工を行ってきているが、このコンパウンド金型技術においても金型精度の問題や金型寿命の問題があるため、加熱保温部を設けたプレス金型に材料を順次送って100〜350℃の温度範囲でプレス加工する技術が特許文献3には開示されている。しかし、このような温間でのプレス加工でも、以下に示すように課題は山積している。   Therefore, press processing has been carried out using a compound mold, but this compound mold technology also has a problem of mold accuracy and mold life, so a press mold with a heat insulation section is provided. Patent Document 3 discloses a technique in which materials are sequentially fed and pressed in a temperature range of 100 to 350 ° C. However, even in such warm press working, there are many problems as shown below.

即ち、温間プレスでは、はんだ合金の酸化が進行してしまう。そのため、Auを多く含有するはんだ合金であっても、その他の金属、例えばGeやSb、又はSnなどを含んでいるAu系はんだは、これらの元素の酸化進行を防ぐことができず、常温より高い温度でプレスしたとき表面が酸化して濡れ性が大きく低下してしまう。更に、温度が高い状態であるから常温と比較してはんだが膨張し、工夫をしても常温でのプレスに比較して形状の精度が出せない。加えて、比較的柔らかくなったはんだは金型に張り付き易くなり、はんだが撓んだり歪んだりした状態でプレスすることになるため、バリや欠けが発生しやすくなる。また温間プレスは通常のプレスよりも設備費が高価になることも課題である。   That is, in the warm press, the oxidation of the solder alloy proceeds. Therefore, even if it is a solder alloy containing a large amount of Au, Au-based solder containing other metals such as Ge, Sb, or Sn cannot prevent the progress of oxidation of these elements. When pressed at a high temperature, the surface is oxidized and the wettability is greatly reduced. Furthermore, since the temperature is high, the solder expands compared to the normal temperature, and even if it is devised, the accuracy of the shape cannot be obtained compared to the press at the normal temperature. In addition, since the solder that has become relatively soft is likely to stick to the mold and is pressed in a state where the solder is bent or distorted, burrs and chips are likely to occur. In addition, the warm press has a problem that the equipment cost is higher than that of a normal press.

また、上記特許文献4には、既に述べたようにAgを10〜35wt%、In、Ge及びGaの少なくとも1種類を合計で3〜15wt%含有し、残部がAuからなるAu合金のエレクトロマイグレーション防止性ろう材が記載されている。そして、これらの添加元素の効果として、Auを主成分とすることでエレクトロマイグレーションを防止でき、Agを10〜35wt%加えるのはろう付け強度を得るためであり、またIn、Ge及びGaのうち少なくとも1種類を合計で3〜15wt%加えるのは融点を下げるためであると記載されている。   Further, as described above, the above-mentioned Patent Document 4 contains 10 to 35 wt% of Ag, 3 to 15 wt% in total of at least one of In, Ge, and Ga, and the electromigration of an Au alloy composed of Au as the balance. A preventive brazing material is described. As an effect of these additive elements, electromigration can be prevented by using Au as a main component, and Ag is added in an amount of 10 to 35 wt% in order to obtain brazing strength, and among In, Ge, and Ga It is described that at least one kind is added in a total of 3 to 15 wt% in order to lower the melting point.

しかし、上記特許文献4に記載のAu合金は、Ag−28wt%CuやAg−15wt%CuのAg系ろう材との比較において、エレクトロマイグレーションの発生を防止でき、強固で安定したろう付け強度が得られるろう材として開発されたものである。そのため、1%NaCl溶液中に放置した後のろう付け強度の評価は行っているものの、濡れ広がりなどを含めた接合状態の確認は行われていない。信頼性評価には、前記接合状態を含めた応力緩和性を確認するための温度サイクル試験などを実施する必要があるが、特許文献4の技術では未実施で、高い信頼性が得られるかどうかが確認できていない。   However, the Au alloy described in Patent Document 4 can prevent the occurrence of electromigration and has a strong and stable brazing strength in comparison with an Ag-based brazing material of Ag-28 wt% Cu or Ag-15 wt% Cu. It was developed as a brazing material to be obtained. For this reason, although the brazing strength after being left in a 1% NaCl solution has been evaluated, the bonding state including wetting and spreading has not been confirmed. In the reliability evaluation, it is necessary to carry out a temperature cycle test for confirming stress relaxation including the bonded state, etc., but the technique of Patent Document 4 is not carried out, and whether high reliability can be obtained. Is not confirmed.

更に上記特許文献5には、Au/Ge/Snを含む3元合金のロウ材であり、液相が発生し始める温度をTs、完全に液相になる温度をTlとした場合に、Tl−Ts<50度であることを特徴とするロウ材について記載されており、これによって、Pbフリーを実現しつつ、リフロー温度に溶融せず、接合のための温度が高すぎて、例えば接着剤や部品自体に損傷を与えることがない電気・半導体素子の接合に好適なロウ材を提供できることが示されている。   Further, the above-mentioned Patent Document 5 describes a ternary alloy brazing material containing Au / Ge / Sn, where Ts− is a temperature at which the liquid phase starts to be generated and Tl− It describes a brazing material characterized in that Ts <50 degrees, which realizes Pb-free, does not melt to the reflow temperature, and the temperature for bonding is too high, for example, adhesive or It has been shown that a brazing material suitable for joining electrical and semiconductor elements that does not damage the component itself can be provided.

しかし、上記特許文献5に記載されたAu/Ge/Snを含む3元合金のロウ材は、液相線温度と固相線温度の差が50℃未満という余りにも広い組成範囲であるが、このような広い組成範囲において同じ効果や特性を有するロウ材のみが得られることはない。Au−12.5質量%Ge合金(共晶点の組成)とAu−20質量%Sn合金(共晶点の組成)を比較した場合、その特性は明らかに異なる。   However, the brazing material of the ternary alloy containing Au / Ge / Sn described in Patent Document 5 has a composition range that is too wide such that the difference between the liquidus temperature and the solidus temperature is less than 50 ° C. Only a brazing material having the same effects and characteristics in such a wide composition range is not obtained. When an Au-12.5 mass% Ge alloy (eutectic point composition) and an Au-20 mass% Sn alloy (eutectic point composition) are compared, the characteristics are clearly different.

即ち、Geが半金属であるために、Au−12.5質量%Ge合金はAu−20質量%Sn合金に比較して明らかに加工性に劣る。例えば、圧延加工する際に、クラック等の発生により収率はAu−12.5質量%Geの方が低くなる。当然、これらに少量の第三元素が含有させた場合、第三元素が固溶して特性が大きく変わらない組成範囲は存在するため、例えばSnを少量添加したAu−12.5質量%Ge−Sn合金とGeを少量添加したAu−20質量%Sn−Ge合金は上記特許文献5の組成範囲に属するが、この2種類の3元合金ロウ材の特性は大きく異なる。   That is, since Ge is a metalloid, the Au-12.5 mass% Ge alloy is clearly inferior in workability compared to the Au-20 mass% Sn alloy. For example, when rolling, the yield of Au-12.5 mass% Ge is lower due to the occurrence of cracks and the like. Naturally, when a small amount of the third element is contained in these, there is a composition range in which the third element is dissolved and the characteristics do not change greatly. For example, Au-12.5 mass% Ge--to which a small amount of Sn is added. An Au-20 mass% Sn-Ge alloy to which a small amount of Sn alloy and Ge are added belongs to the composition range of Patent Document 5, but the characteristics of these two types of ternary alloy brazing materials are greatly different.

更に、Ge−Sn合金について考えた場合、固相線温度が231℃であり、高温用はんだとしては融点が低すぎる。当然、Ge−Sn合金に少量のAuが固溶した場合でも、上記特許文献5の特許請求の範囲に規定された液相線温度と固相線温度の差が50℃未満の領域は存在するが、高温用はんだとしては融点が低すぎることに変わりはない。   Furthermore, when considering the Ge—Sn alloy, the solidus temperature is 231 ° C., and the melting point is too low as a high-temperature solder. Naturally, even when a small amount of Au is dissolved in the Ge—Sn alloy, there is a region where the difference between the liquidus temperature and the solidus temperature defined in the claims of Patent Document 5 is less than 50 ° C. However, the melting point is still too low for high-temperature solder.

上記特許文献6や特許文献7には、ボール状の鉛フリーはんだ合金が開示されている。これらの鉛フリーはんだ合金は、非Au系はんだ合金であるため加工が容易で真球に近いボール状に形成し易い。しかし、はんだ合金材料はボール形状の過程において高温で溶融処理しなければならないが、主成分がSnやZnで構成されていることから表面の酸化防止が重要で且つ困難な作業であるため、十分な信頼性が得られない製品となってしまう場合がある。   Patent Document 6 and Patent Document 7 disclose ball-shaped lead-free solder alloys. Since these lead-free solder alloys are non-Au solder alloys, they can be easily processed and easily formed into a ball shape close to a true sphere. However, the solder alloy material must be melted at a high temperature in the process of the ball shape, but since the main component is composed of Sn and Zn, it is important and difficult to prevent surface oxidation. In some cases, the product may not be reliable.

一方、Au−Ge−Sn系はんだ合金は、非Au系はんだ合金と比べると、その組成から表面の酸化防止は容易にできる反面、加工性や成形性に劣るため、ボールが真球にならず歪んだ形状となることがある。歪んだ形状のものが混在すると、ボール状はんだを用いて電子部品のはんだ付けを行う際に、はんだ付け装置内での搬送が安定せず装置が停止する、若しくは適切な位置にボール状はんだを設置できない等の不具合が発生する場合がある。   On the other hand, the Au-Ge-Sn solder alloy can easily prevent surface oxidation due to its composition compared to non-Au solder alloys, but it is inferior in workability and formability, so the ball does not become a true sphere. May be distorted. If distorted shapes are mixed, when soldering electronic components using ball-shaped solder, the conveyance in the soldering device will not be stable and the device will stop, or the ball-shaped solder will be placed in an appropriate position. Problems such as inability to install may occur.

また、適切な位置にボール状はんだが設置できたとしても、歪んだ形状のボール状はんだが混在している場合は濡れ広がり性が安定せず、接合不良の原因となりやすい。更に、レーザーでボール状はんだを溶融させる場合には、歪んだ形状のボール状はんだが混在していると、レーザーエネルギーの吸収量が安定し難いため、溶融状態が不安定になりやすいうえ、最悪の場合はんだが飛び散る原因になることもある。   Even if the ball-shaped solder can be installed at an appropriate position, when ball-shaped solder having a distorted shape is mixed, the wetting and spreading property is not stable, and it is likely to cause a bonding failure. Furthermore, when melting ball-shaped solder with a laser, if mixed ball-shaped solder with a distorted shape is present, the amount of laser energy absorbed is difficult to stabilize, so the molten state tends to become unstable and worst case. In this case, solder may be scattered.

本発明は、上記した従来の事情に鑑みてなされたものであり、濡れ広がり性及び接合性に優れ、よって高い接合信頼性を有し、水晶デバイス、SAWフィルター等の非常に高い信頼性を要求される接合や封止においても十分に使用することができるうえ、従来のAu−Sn系及びAu−Ge系の高温用Pbフリーはんだ合金よりも安価であり、高温用でPbフリーのボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, has excellent wettability and bondability, and thus has high bonding reliability, and requires extremely high reliability such as a crystal device and a SAW filter. Can be sufficiently used for bonding and sealing, and is less expensive than conventional Au—Sn-based and Au—Ge-based high-temperature Pb-free solder alloys, and Pb-free ball-shaped Au for high-temperature applications. The object is to provide a -Ge-Sn solder alloy.

上記目的を達成するため、本発明が提供する第1のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、0.01質量%以上10.0質量%以下のGeと、32.0質量%以上40.0質量%以下のSnと、残部のAu及び不可避不純物とからなり、長径/短径により求めた長短比が1.00以上1.20以下であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the first ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy provided by the present invention comprises 0.01% by mass or more and 10.0% by mass or less of Ge, and 32.0% by mass or more and 40% by mass or more. It is characterized by comprising 0.0 mass% or less of Sn, the balance of Au and inevitable impurities, and having a length-to-short ratio determined by a major axis / minor axis of 1.00 or more and 1.20 or less.

上記本発明による第1のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金においては、2.0質量%以上3.5質量%以下のGeと、34.0質量%以上39.0質量%以下のSnと、残部のAu及び不可避不純物とからなり、長径/短径により求めた長短比が1.00以上1.10以下であることが好ましい。   In the first ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy according to the present invention, 2.0 mass% to 3.5 mass% Ge and 34.0 mass% to 39.0 mass% Sn are contained. And the remaining ratio of Au and inevitable impurities, and the length-to-length ratio determined by the major axis / minor axis is preferably 1.00 or more and 1.10 or less.

また、本発明が提供する第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、造粒後のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を一方向から押し潰し、合金表面に平面視直線部分を有する形状にしたボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金であって、0.01質量%以上10.0質量%以下のGeと、32.0質量%以上40.0質量%以下のSnと、残部のAu及び不可避不純物とからなり、長径/短径により求めた長短比が1.00を超え1.50以下であることを特徴とする。   Further, the second ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy provided by the present invention crushes the ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy after granulation from one direction, and a straight line portion in plan view is formed on the alloy surface. A ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy having a shape of 0.01 to 10.0 mass% of Ge, 32.0 to 40.0 mass% of Sn, and Further, it is composed of the remaining Au and inevitable impurities, and the ratio of the length to the length obtained by the major axis / minor axis exceeds 1.00 and is 1.50 or less.

また、上記した本発明の第1又は第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、上記したAu、Ge及びSnと共に、Pを0.500質量%以下含有することができる。   In addition, the first or second ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy of the present invention described above can contain P in an amount of 0.50% by mass or less together with the above Au, Ge, and Sn.

更に、本発明は、上記した第1又は第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を用いて接合又は封止されていることを特徴とする電子部品を提供するものである。   Furthermore, the present invention provides an electronic component characterized in that it is bonded or sealed using the first or second ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy.

本発明によれば、鉛を含有せず、従来のAu系はんだよりも加工性などの各種特性に優れ、特に接合時の濡れ広がり性及び接合性に優れている高温用のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を提供することができる。従って、本発明のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、一般的な接合又は封止だけでなく、水晶デバイス、SAWフィルター、MEMSなどの非常に高い信頼性を要求される箇所にも使用することができる。   According to the present invention, high-temperature ball-shaped Au—Ge that does not contain lead and has various characteristics such as workability as compared with conventional Au-based solder, and in particular, is excellent in wet spreadability and bondability during bonding. A Sn-based solder alloy can be provided. Therefore, the ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy of the present invention is used not only for general bonding or sealing but also in places where extremely high reliability is required, such as crystal devices, SAW filters, and MEMS. can do.

更に、本発明のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、適切な長短比のボール状としていることから、接合又は封止時の溶融の際に真円に近い形状に濡れ広がり、この優れた濡れ広がり性により高い接合信頼性が得られる。そのため、不良の発生が非常に少なく、製造上の各種収率等が改善向上されるため、各種電子部品を効率よく製造でき、低コスト化を実現することができる。従って、各種特性に優れたボール状Au系はんだを提供でき、工業的な貢献度は極めて高い。   Furthermore, since the ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy of the present invention has a ball shape with an appropriate length-to-short ratio, it wets and spreads in a shape close to a perfect circle when melting at the time of bonding or sealing. High joint reliability can be obtained due to the wet spread. Therefore, the occurrence of defects is very small, and various yields in manufacturing are improved and improved. Therefore, various electronic components can be efficiently manufactured, and cost reduction can be realized. Therefore, it is possible to provide a ball-shaped Au-based solder excellent in various characteristics, and the industrial contribution is extremely high.

Au−Sn−Ge系状態図である。It is an Au-Sn-Ge system phase diagram. 一方向から押し潰したボール状のはんだ合金を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the ball-shaped solder alloy crushed from one direction. 濡れ性試験において、Ni層を設けたCu基板上にはんだ合金が接合された接合体を模式的に示す側面図である。In a wettability test, it is a side view which shows typically the joined body by which the solder alloy was joined on Cu board | substrate which provided Ni layer. 濡れ性試験での縦横比の測定を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the measurement of the aspect ratio in a wettability test.

本発明の第1及び第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、その組成における特徴として、0.01質量%以上10.0質量%以下のGeと、32.0質量%以上40.0質量%以下のSnと、残部のAu及び不可避不純物とから構成されている。また、その形状における特徴として、第1のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金では長径/短径により求めた長短比が1.00以上1.20以下であり、造粒後のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を一方向から押し潰し、合金表面に平面視直線部分を有する形状にした第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金では上記長短比が1.00を超え1.50以下である。   The first and second ball-like Au—Ge—Sn solder alloys of the present invention are characterized by their composition in terms of Ge of 0.01 mass% to 10.0 mass% and 32.0 mass% to 40 mass%. It is composed of 0.0 mass% or less of Sn and the balance of Au and inevitable impurities. Further, as a feature of the shape, in the first ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy, the length-to-short ratio obtained by the major axis / minor axis is 1.00 or more and 1.20 or less, and the ball-shaped Au after granulation In the second ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy in which the Ge—Sn solder alloy is crushed from one direction and has a shape having a straight line portion in plan view, the above-mentioned ratio of length to length exceeds 1.00. .50 or less.

本発明において、上記第1及び第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、非常に高コストであるAu系はんだ材料のコストを下げると共に優れた加工性を持たせるため、その組成における特徴として、主成分であるAuにSnとGeを添加含有させている。即ち、Au、Sn、Geの3元系合金において、共晶点付近の組成を基本とすることにより、優れた加工性と応力緩和性、ひいては高い接合信頼性を実現し、且つ、SnとGeの含有量が多いためAu含有量を下げることが可能となり、以って従来よりも低コストな高温用のPbフリーはんだ材料として提供することができる。   In the present invention, the above first and second ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloys reduce the cost of Au-based solder materials, which are very expensive, and have excellent workability. As a feature, Sn and Ge are added to Au as a main component. In other words, in a ternary alloy of Au, Sn, and Ge, based on the composition near the eutectic point, excellent workability and stress relaxation properties, and consequently high bonding reliability, and Sn and Ge Therefore, it is possible to reduce the Au content, so that it can be provided as a high-temperature Pb-free solder material at a lower cost than conventional ones.

以下、本発明の第1及び第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金の組成における特徴、即ち必須の元素及び必要に応じて含有する任意の元素並びに含有量について詳しく説明する。   Hereinafter, the characteristics in the composition of the first and second ball-like Au—Ge—Sn solder alloys of the present invention, that is, the essential elements and optional elements contained as necessary, and the contents thereof will be described in detail.

<Au>
Auは本発明のはんだ合金の主成分であり、必須の元素である。Auは非常に酸化し難いため、高い信頼性が要求される半導体素子類の接合用や封止用のはんだとして特性面では最も適している。そのため、水晶デバイスやSAWフィルターの封止用としてAu系はんだが多用されており、本発明のはんだ合金もAuを基本とし、上記技術分野での使用に好適なはんだを提供する。
<Au>
Au is a main component of the solder alloy of the present invention and is an essential element. Since Au is very difficult to oxidize, it is most suitable in terms of characteristics as a solder for joining and sealing semiconductor elements that require high reliability. Therefore, Au-based solder is frequently used for sealing quartz devices and SAW filters, and the solder alloy of the present invention is also based on Au, and provides a solder suitable for use in the above technical field.

ただし、Auは非常に高価な金属であるため、コストの点からは使用しないことが望ましく、従って汎用品にはほとんど使用されていない。本発明のはんだ合金はAuを主成分としながら、接合性や信頼性などの特性面ではAu−20質量%SnやAu−12.5質量%Geはんだ合金と同等であって、同時にAuの含有量を減らしてコストを下げるべく、後述するようにAuにSnとGeを同時に含有させている。   However, since Au is a very expensive metal, it is desirable not to use it from the viewpoint of cost. Therefore, it is rarely used for general-purpose products. The solder alloy of the present invention is mainly composed of Au, but is equivalent to Au-20 mass% Sn or Au-12.5 mass% Ge solder alloy in terms of characteristics such as bondability and reliability, and simultaneously contains Au. In order to reduce the amount and reduce the cost, Sn and Ge are simultaneously contained in Au as described later.

<Ge>
Geは本発明のはんだ合金において必須の元素である。GeはAuと共晶合金を作り、固相線温度を280℃と低くできるため、従来からAu−12.5質量%Geはんだとして実用的に使われている。しかし、Auを90質量%近く含有するため非常に高価である。このAu含有量を下げるべく、Au−Ge−Sn系合金の3元系において共晶点付近の組成としたものが本発明のはんだ合金である。
<Ge>
Ge is an essential element in the solder alloy of the present invention. Since Ge makes a eutectic alloy with Au and the solidus temperature can be lowered to 280 ° C., it has been practically used as Au-12.5 mass% Ge solder. However, since it contains nearly 90% by mass of Au, it is very expensive. In order to reduce the Au content, the solder alloy of the present invention has a composition in the vicinity of the eutectic point in the ternary Au—Ge—Sn alloy.

Au−Ge−Snの3元系において、共晶点の組成は、Au=47原子%、Ge=6原子%、Sn=47原子%付近である。即ち、質量%では、Au=60.6質量%、Ge=2.8質量%、Sn=36.5質量%付近となる。図1に示すAu−Ge−Sn系状態図から分かるように、共晶点付近の組成とすることによって、加工性や応力緩和性などの諸特性に優れたはんだ合金にすることができる。加えて融点を410℃程度まで下げることが可能となるため、はんだとして非常に使い易くすることができる。   In the Au—Ge—Sn ternary system, the composition of eutectic points is around Au = 47 atomic%, Ge = 6 atomic%, and Sn = 47 atomic%. That is, in mass%, Au = 60.6 mass%, Ge = 2.8 mass%, and Sn = 36.5 mass%. As can be seen from the Au—Ge—Sn phase diagram shown in FIG. 1, a solder alloy having excellent properties such as workability and stress relaxation can be obtained by setting the composition in the vicinity of the eutectic point. In addition, since the melting point can be lowered to about 410 ° C., it can be very easily used as solder.

具体的なGeの含有量は0.01質量%以上10.0質量%以下である。Geの含有量が0.01質量%未満では、Ge量が少なすぎるためGeを含有させた効果が実質的に現れない。一方、10.0質量%を超えると、液相線温度が高くなりすぎるため、溶融させることが困難になってしまう。また、Snを本発明の組成範囲で含有する場合においてGeの含有量が10.0質量%を超えると、はんだ合金が酸化し易くなってしまい、Au系はんだの特徴である高い信頼性を有する良好な接合ができなくなる。   The specific Ge content is 0.01 mass% or more and 10.0 mass% or less. If the Ge content is less than 0.01% by mass, the Ge content is too small, so that the effect of containing Ge does not substantially appear. On the other hand, if it exceeds 10.0% by mass, the liquidus temperature becomes too high, which makes it difficult to melt. Further, in the case where Sn is contained in the composition range of the present invention, if the content of Ge exceeds 10.0 mass%, the solder alloy is likely to be oxidized, and has high reliability that is characteristic of Au-based solder. Good bonding cannot be achieved.

特に好ましいGeの含有量は、2.0質量%以上3.5質量%以下であり、この範囲であると共晶点の組成に近く、加工性に優れ、柔軟性も有しているため、より一層良好な接合が可能となる。   The particularly preferable Ge content is 2.0% by mass or more and 3.5% by mass or less, and if it is within this range, it is close to the composition of the eutectic point, has excellent workability, and has flexibility. Even better bonding is possible.

<Sn>
Snは本発明のはんだ合金において必須の元素であって、Au−Ge−Snの3組成で合金化することによりAu−Ge合金やAu−Sn合金の共晶点とは異なった共晶点を示す、3元系の共晶点付近の組成とすることができる。
<Sn>
Sn is an essential element in the solder alloy of the present invention. By alloying with three compositions of Au—Ge—Sn, eutectic points different from those of Au—Ge alloy and Au—Sn alloy are formed. It can be set as the composition of the eutectic point vicinity of the ternary system shown.

Au−Ge合金やAu−Sn合金の代表的なはんだであるAu−12.5質量%GeはんだやAu−20質量%Snはんだは、共晶点の組成であり、このため結晶が微細化し、比較的柔軟である。しかし、共晶合金と言っても、Geは半金属であり、しかもAu−20質量%Snの場合は金属間化合物から構成されるため、一般的なPb系はんだやSn系はんだに比べると遥かに硬くて脆い。   Au-12.5 mass% Ge solder and Au-20 mass% Sn solder, which are typical solders of Au-Ge alloy and Au-Sn alloy, have a composition of eutectic points, and thus the crystal is refined, It is relatively flexible. However, even if it is called a eutectic alloy, Ge is a semimetal, and in the case of Au-20 mass% Sn, since it is composed of an intermetallic compound, it is far more than general Pb solder or Sn solder. Hard and brittle.

また、ボール状に加工する場合には、例えばアトマイズ法でボール状にする際にノズル先端が詰まりやすく、吐出量がばらつくためボールの粒度分布が広くなってしまい収率が低くなってしまう問題がある。特に油中アトマイズの場合には、油の発火や劣化を防ぐためアトマイズ時の温度をAu−Ge合金の固相線温度(356℃)付近までの高い温度に上げることができず、このためノズル先端に合金が偏析しやすくなり、ノズルの詰まりがより起きやすくなって収率の低下を招きやすい。   Also, when processing into a ball shape, for example, when the ball is formed by the atomizing method, the tip of the nozzle tends to be clogged, and the discharge amount varies, so the particle size distribution of the ball becomes wide and the yield decreases. is there. Particularly in the case of atomization in oil, the temperature during atomization cannot be raised to a temperature close to the solidus temperature (356 ° C.) of the Au—Ge alloy in order to prevent ignition and deterioration of the oil. The alloy tends to segregate at the tip, and nozzle clogging is more likely to occur, leading to a decrease in yield.

SnをGeと同時にAuに含有させることによって、上記した加工性や生産性の問題、更には信頼性等の問題を解決することが可能となる。即ち、SnとGeを同時に含有させることにより、Ge固溶体とAu−Sn金属間化合物の共晶組成とすることが可能となり、結晶が微細化し、加工性、生産性、応力緩和性、更には信頼性に優れたはんだ材料となる。当然、SnとGeを合計で約30〜50質量%含有させることにより、代表的なAu−12.5質量%やAu−20質量%Snよりも大幅にコストを低減することができる。   By incorporating Sn into Au at the same time as Ge, it becomes possible to solve the problems of workability and productivity as well as problems such as reliability. That is, by containing Sn and Ge at the same time, it becomes possible to obtain a eutectic composition of Ge solid solution and Au—Sn intermetallic compound, the crystal becomes finer, workability, productivity, stress relaxation, and further reliability. It becomes a solder material with excellent properties. Naturally, by adding about 30 to 50% by mass of Sn and Ge in total, the cost can be greatly reduced as compared with typical Au-12.5% by mass and Au-20% by mass Sn.

具体的なSnの含有量は、32.0質量%以上40.0質量%以下である。Snの含有量が32.0質量%未満では、柔軟性向上等の効果が十分に発揮されず、また液相線温度と固相線温度の差が大きくなり溶け別れ現象を起こしてしまう。一方、Snの含有量が40.0質量%を超えると、やはり溶け別れ現象が発生し易くなると共に、Auに比較して酸化しやすいSn含有量が多くなりすぎるため濡れ性の低下を招いてしまう可能性が高い。   The specific Sn content is 32.0 mass% or more and 40.0 mass% or less. When the Sn content is less than 32.0% by mass, effects such as improvement in flexibility are not sufficiently exhibited, and the difference between the liquidus temperature and the solidus temperature becomes large, causing a phenomenon of separation. On the other hand, if the Sn content exceeds 40.0% by mass, the melting and separation phenomenon is likely to occur, and the Sn content that is likely to be oxidized as compared with Au is excessively increased, resulting in a decrease in wettability. There is a high possibility that it will end.

特に好ましいSnの含有量は34.0質量%以上39.0質量%以下であり、この範囲であれば共晶点の組成に近く、上記したSnの効果がより十分に発揮される。   The particularly preferred Sn content is 34.0% by mass or more and 39.0% by mass or less, and within this range, it is close to the composition of the eutectic point, and the effect of Sn described above is more fully exhibited.

<P>
Pは本発明のはんだ合金において必要に応じて含有してよい任意の元素であり、その効果は濡れ性の向上にある。Pが濡れ性を向上させるメカニズムは、還元性が強く、自ら酸化することによって、はんだ合金表面の酸化を抑制すると共に基板面を還元し、濡れ性を向上させることにある。
<P>
P is an arbitrary element that may be contained as necessary in the solder alloy of the present invention, and its effect is in improving wettability. The mechanism by which P improves the wettability is that the reducibility is strong, and by oxidizing itself, the surface of the solder alloy is suppressed and the substrate surface is reduced to improve the wettability.

一般にAu系はんだが酸化し難く、濡れ性に優れていると言っても、接合面の酸化物を除去することはできない。ところが、Pは、はんだ表面の酸化膜の除去だけでなく、基板などの接合面の酸化膜も除去することが可能である。このはんだ表面と接合面の酸化膜除去の効果により、酸化膜によって形成される隙間(ボイド)も低減することができる。このPの効果によって、接合性や信頼性等が更に向上する場合がある。   In general, even if Au solder is difficult to oxidize and is excellent in wettability, the oxide on the joint surface cannot be removed. However, P can remove not only the oxide film on the solder surface but also the oxide film on the bonding surface such as the substrate. Due to the effect of removing the oxide film on the solder surface and the joint surface, gaps (voids) formed by the oxide film can also be reduced. The effect of P may further improve the bondability and reliability.

尚、Pは、はんだ合金や基板を還元して酸化物になると同時に気化し、雰囲気ガスに流されるため、はんだや基板等に残らない。このため、本発明の範囲内の添加量であれば、Pの残渣が信頼性等に悪影響を及ぼす可能性は低く、この点からもPは優れた元素と言える。   Note that P does not remain on the solder, the substrate, or the like because the solder alloy or the substrate is reduced to become an oxide and is vaporized at the same time and flows into the atmosphere gas. For this reason, if the addition amount is within the range of the present invention, it is unlikely that the residue of P will adversely affect reliability and the like. From this point, P can be said to be an excellent element.

本発明のはんだ合金がPを含有する場合、Pの含有量は0.500質量%以下が好ましい。Pは非常に還元性が強いため、微量を含有させれば濡れ性向上の効果が得られるが、0.500質量%を超えて含有しても濡れ性向上の効果はあまり変わらず、過剰な含有によってPやP酸化物の気体が多量に発生し、ボイド率を上げてしまったり、Pが脆弱な相を形成して偏析し、はんだ接合部を脆化して信頼性を低下させたりする恐れがあるため好ましくない。尚、Pは極めて微量の添加でも効果があるが、望ましくは0.0001質量%(1ppm)以上含有させることが好ましい。   When the solder alloy of the present invention contains P, the content of P is preferably 0.500% by mass or less. Since P is very reducible, the effect of improving the wettability can be obtained if a trace amount is contained, but the effect of improving the wettability does not change so much even if contained in excess of 0.5% by mass. Containment may cause a large amount of P or P oxide gas to increase the void ratio, or P may segregate by forming a fragile phase, embrittle the solder joint and reduce reliability. This is not preferable. Although P is effective even when added in a very small amount, it is preferably contained in an amount of 0.0001% by mass (1 ppm) or more.

また、本発明のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、溶融した際に真円に近い状態に濡れ広がるように、形状における特徴として、第1のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金では長短比を1.00以上1.20以下とすること、及び、造粒後のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を一方向から押し潰し、合金表面に平面視直線部分を有する形状にした第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金では長短比が1.00を超え1.50以下とすることが必要である。   In addition, the ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy of the present invention has the first ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy as a feature in the shape so as to spread out in a state close to a perfect circle when melted. Then, the length-to-short ratio is set to 1.00 or more and 1.20 or less, and the ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy after granulation is crushed from one direction so that the alloy surface has a linear portion in plan view. In the second ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy, the length-to-short ratio needs to be more than 1.00 and not more than 1.50.

次に、本発明の第1及び第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金の形状における特徴、即ち上記はんだ合金の長短比について説明する。   Next, characteristics of the shapes of the first and second ball-like Au—Ge—Sn solder alloys of the present invention, that is, the length ratio of the solder alloys will be described.

<長短比>
本発明においてボール状とは、真球形に限るものではなく、フットボール形や長楕円形なども含む意味で用いる。上記いずれの場合も、第1のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金の長短比は、直径が一番長い箇所の測定値を長径とし、一番短い箇所の測定値を短径として、下記計算式1に示すように長径を短径で除すことにより、即ち長径/短径により求める。尚、長径とはボール状のはんだ合金に外接する最も小さい球の直径に相当し、短径とはボール状のはんだ合金に内接する最も大きい球の直径に相当する。
<Long and short ratio>
In the present invention, the ball shape is not limited to a true spherical shape, but is used to include a football shape, an ellipse shape, and the like. In any of the above cases, the length ratio of the first ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy is as follows: the measured value at the longest diameter is the major axis, and the measured value at the shortest part is the minor axis. As shown in the calculation formula 1, the major axis is obtained by dividing the major axis by the minor axis, that is, the major axis / minor axis. The long diameter corresponds to the diameter of the smallest sphere circumscribing the ball-shaped solder alloy, and the short diameter corresponds to the diameter of the largest sphere inscribed in the ball-shaped solder alloy.

[計算式1]
長短比=長径÷短径
[Calculation Formula 1]
Long / short ratio = major axis ÷ minor axis

また、第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金、即ち、造粒後のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を一方向から押し潰すことにより、合金表面に平面視直線部分を有する形状にしたボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金の場合にも、上記第1のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金の場合と同様に、押し潰されたボール状はんだ合金の直径が一番長い箇所の測定値を長径とし、一番短い箇所の測定値を短径として、上記計算式1により同様に長短比を算出する。   Further, the second ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy, that is, the ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy after granulation is crushed from one direction to have a straight line portion in plan view on the alloy surface. In the case of the ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy having a shape, the diameter of the crushed ball-shaped solder alloy is the same as in the case of the first ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy. The length-to-short ratio is calculated in the same manner by the above-mentioned calculation formula 1, with the measured value at the longest part as the major axis and the measured value at the shortest part as the minor axis.

第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金の場合、図2に示すように、押し潰されたボール状はんだ合金1の平面視直線部分1a、1bの片方を下にして水平基板2上に設置したとき、一般的に短径は押し潰した方向(上下方向)の厚さZ1に相当し、長径は水平基板2上に投射した図形に外接する最も小さい円の直径Z2に相当する。尚、図2は長径と短径の区別を分かりやすくするため、Z1とZ2から求められる長短比は本発明の範囲外となるように誇張して図示されている。   In the case of the second ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy, as shown in FIG. 2, the horizontal portion 2 on the horizontal substrate 2 with one of the straight portions 1a and 1b in plan view of the crushed ball-shaped solder alloy 1 facing down. In general, the minor axis corresponds to the thickness Z1 in the crushed direction (vertical direction), and the major axis corresponds to the diameter Z2 of the smallest circle circumscribing the figure projected on the horizontal substrate 2. In FIG. 2, in order to make it easy to distinguish the major axis from the minor axis, the ratio between the major axis and the minor axis obtained from Z1 and Z2 is exaggerated so as to be out of the scope of the present invention.

尚、はんだ合金を一方向から押し潰す方法は、特に限定されるものではなく、例えば温間プレス機などを用いて、上下方向に適切な幅だけ押し潰せばよい。その際、ボール状はんだ合金の短径がより短くなる方向に押し潰す方法が容易に処理できる方法であるが、結果として長短比が上記範囲内になれば長径方向に押し潰す方法でもよい。   In addition, the method of crushing the solder alloy from one direction is not particularly limited. For example, the solder alloy may be crushed by an appropriate width in the vertical direction using a warm press machine or the like. At this time, the method of crushing in the direction in which the short diameter of the ball-shaped solder alloy becomes shorter is a method that can be easily processed, but as a result, the method of crushing in the long diameter direction may be used if the length-to-short ratio falls within the above range.

本発明のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、上記のごとく定義した長短比を、第1のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金では1.00以上1.20以下の範囲とし、また第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金では1.00を超え1.50以下の範囲となるように一方向から押し潰すことによって、接合又は封止の際に溶融して真円に近い状態に濡れ広がることができる。   The ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy of the present invention has a length-to-short ratio defined as described above in the range of 1.00 to 1.20 in the first ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy. The second ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy is melted at the time of joining or sealing by being crushed from one direction so as to be in the range of more than 1.00 and not more than 1.50. Can spread out in a state close to.

第1及び第2のボール状はんだ合金の長短比が上記各範囲の上限を超えると、溶融時にはんだが接合面に円状に広がらず、接合又は封止したい部分から局所的又は部分的にはみ出して隣の導通部分などと短絡してしまったり、はんだ不足により接合又は封止できない部分が発生して十分に合金化できていない部分が生じたりする。更に、部分的にはんだ量の多寡が生じると、はんだの厚さが不均一になり、チップの傾き等の原因になってしまうことがある。   If the length ratio of the first and second ball-shaped solder alloys exceeds the upper limit of each of the above ranges, the solder does not spread circularly on the joint surface during melting, and locally or partially protrudes from the part to be joined or sealed. This may cause a short circuit with the adjacent conductive part, or a part that cannot be joined or sealed due to insufficient solder, resulting in a part that is not sufficiently alloyed. Further, if the amount of solder is partially increased, the thickness of the solder becomes non-uniform, which may cause chip tilt and the like.

このような不具合が発生をなくすために、本発明の第1のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金では、長短比を1.00以上1.20以下の範囲とする。長短比が1.20以下であれば、はんだは溶融時に表面張力によって円状に近づきながら、接合面に均一に濡れ広がる。しかし、長短比が1.20を超えると、溶融時の表面張力によって円状に近づくのが困難となり、接合面に均一に濡れ広がることが難しくなってしまう。更に長短比が1.00以上1.10以下であれば、はんだは溶融時に表面張力によってより一層円状に近づきながら、接合面に真円形に均一に濡れ広がるため更に好ましい。   In order to eliminate the occurrence of such a problem, in the first ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy of the present invention, the length-to-short ratio is set to a range of 1.00 to 1.20. If the length-to-short ratio is 1.20 or less, the solder spreads uniformly on the joint surface while approaching a circle due to surface tension during melting. However, if the length ratio exceeds 1.20, it becomes difficult to approach a circular shape due to the surface tension at the time of melting, and it becomes difficult to spread uniformly on the joint surface. Further, if the length ratio is 1.00 or more and 1.10 or less, the solder is more preferable because it becomes evenly circular on the joint surface while getting closer to a circular shape due to surface tension when melted.

また、本発明の第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金では、長短比が1.00を超え1.50以下の範囲となるように調整する。押し潰す際に長短比が1.50を超えると、Au−Ge−Sn系はんだ合金にクラックが入ったり、潰れ形状が歪になったり、場合によっては割れてしまったりする危険がある。クラックが入ったり、潰れ形状が歪になったりしたAu−Ge−Sn系はんだ合金は、はんだ溶融時に円状に濡れ広がることができない。   In the second ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy of the present invention, the length-to-short ratio is adjusted to be in the range of more than 1.00 and not more than 1.50. If the length-to-short ratio exceeds 1.50 during crushing, there is a risk that the Au—Ge—Sn solder alloy will crack, the crushed shape will be distorted, or in some cases, cracked. An Au—Ge—Sn solder alloy having cracks or a crushed shape cannot be spread in a circular shape when the solder is melted.

尚、本発明の第2のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金は、接合又は封止に用いる場合、押し潰されたはんだ合金の平面視直線部分が接合面又は封止面に接するように配置する。このように配置することにより、はんだ合金は接合面又は封止面に面接触で設置されるため、設置後に転がるなどして移動したり、設置位置がずれたりすることがなくなり、位置精度の向上を図ることができる。この状態ではんだ合金を溶融させることによって、はんだ合金は精度良く円状に濡れ広がり、優れた接合性を達成することができる。   When the second ball-shaped Au-Ge-Sn solder alloy of the present invention is used for bonding or sealing, the straight line portion of the crushed solder alloy in contact with the bonding surface or the sealing surface is in contact with it. Deploy. By arranging in this way, the solder alloy is installed on the joint surface or sealing surface in surface contact, so that it does not move after installation, such as rolling, and the installation position is not shifted, improving the positional accuracy. Can be achieved. By melting the solder alloy in this state, the solder alloy wets and spreads in a circular shape with high accuracy, and excellent jointability can be achieved.

また、上記のごとく平面視直線部分が接合面又は封止面に接するように配置することによって、はんだ合金の上面も平面視直線部分となることから、はんだ合金をレーザーで溶融する際にレーザーが球状面に当るよりも均一に当たり易くなり、レーザー光エネルギーがはんだ合金全体に均一に且つ効率よく伝わり、より均一に溶融するため好ましい。更に、接合面又は封止面から伝わる熱ではんだ合金を溶融する場合においても、熱が伝わる接合面又は封止面との接触部分が平面であることから、接触部分が球状である場合に比較して熱が均一に伝わるため好ましい。   Further, as described above, by arranging the straight line portion in plan view so as to be in contact with the bonding surface or the sealing surface, the upper surface of the solder alloy also becomes a straight line portion in plan view. It is preferable because it is easier to hit uniformly than hitting the spherical surface, the laser light energy is transmitted uniformly and efficiently to the entire solder alloy, and melts more uniformly. Furthermore, even when the solder alloy is melted by heat transmitted from the joint surface or sealing surface, the contact portion with the joint surface or sealing surface to which heat is transmitted is a flat surface, so compared with the case where the contact portion is spherical. Thus, heat is transmitted uniformly, which is preferable.

以下に具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.

まず、原料として、それぞれ純度99.99質量%以上のAu、Ge、Sn及びPを準備した。大きな薄片やバルク状の原料については、溶解後の合金においてサンプリング場所による組成のバラツキがなく、均一になるようにするため切断、粉砕等を行い、3mm以下の大きさに細かくした。これらの原料から所定量を秤量して、高周波溶解炉用グラファイトるつぼに入れた。   First, Au, Ge, Sn, and P each having a purity of 99.99% by mass or more were prepared as raw materials. Large flakes and bulk raw materials were cut and pulverized so as to be uniform and uniform in the alloy after melting without variation in composition depending on the sampling location. A predetermined amount of these raw materials was weighed and placed in a graphite crucible for a high-frequency melting furnace.

次に、原料の入ったグラファイトるつぼを高周波溶解炉に入れ、酸化を抑制するために窒素を原料1kg当たり0.7リットル/分以上の流量でグラファイトるつぼ内に流した。この状態で溶解炉の電源を入れ、原料を加熱溶融させた。金属が溶融し始めたら混合棒でよく撹拌し、局所的な組成のばらつきが起きないように均一に混ぜた。十分溶融したことを確認した後、高周波電源を切り、速やかにるつぼを取り出して、るつぼ内の溶湯をはんだ母合金の鋳型に流し込んだ。鋳型には、液中アトマイズ用として直径24mmの円筒形状のものを使用した。   Next, the graphite crucible containing the raw material was put into a high-frequency melting furnace, and nitrogen was allowed to flow into the graphite crucible at a flow rate of 0.7 liter / min or more per kg of the raw material in order to suppress oxidation. In this state, the melting furnace was turned on to heat and melt the raw material. When the metal began to melt, it was stirred well with a mixing rod and mixed uniformly so as not to cause local compositional variations. After confirming sufficient melting, the high frequency power supply was turned off, the crucible was quickly removed, and the molten metal in the crucible was poured into the solder mother alloy mold. As the mold, a cylindrical shape having a diameter of 24 mm was used for atomization in liquid.

上記方法において、原料の混合比率と、得られるボール状合金の長短比、及びボール状合金の潰し工程の有無の組み合わせから、試料1〜22の各はんだ母合金を作製した。これら試料1〜22の各はんだ母合金について、ICP発光分光分析器(SHIMAZU S−8100)を用いて組成分析を行い、得られた分析結果を下記表1に示した。   In the above method, each solder mother alloy of Samples 1 to 22 was produced from the combination of the mixing ratio of the raw materials, the length ratio of the obtained ball-shaped alloy, and the presence or absence of the ball-shaped alloy crushing step. Each solder mother alloy of Samples 1 to 22 was subjected to composition analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer (SHIMAZU S-8100), and the obtained analysis results are shown in Table 1 below.

次に、上記試料1〜22の各はんだ母合金を、下記の製造方法により液中アトマイズ装置を用いてボール状に造粒した。その際の液中アトマイズの液体としては、はんだの酸化を抑制する効果が大きい油を用いた。更に、一部の試料については、アトマイズ後のボールを押し潰し、表面に平面視直線部分を有する形状とした。得られた試料1〜22の各はんだ合金について、下記方法により長径と短径を測定し、長径/短径により長短比を算出して、得られた結果を下記表1に示した。   Next, each solder mother alloy of the above samples 1 to 22 was granulated into a ball shape by using the submerged atomizing apparatus by the following manufacturing method. As the atomizing liquid in the liquid, oil having a great effect of suppressing the oxidation of the solder was used. Furthermore, about some samples, the ball after atomization was crushed and it was set as the shape which has a planar view linear part on the surface. For each of the obtained solder alloys of Samples 1 to 22, the major axis and minor axis were measured by the following method, the major / minor ratio was calculated from the major axis / minor axis, and the obtained results are shown in Table 1 below.

<ボールの製造方法>
上記試料1〜22の各母合金(直径24mm)を液中アトマイズ装置のノズルに投入し、このノズルを270℃に加熱した油の入った石英管の上部(高周波溶解コイルの中)にセットした。ノズル中の母合金を高周波により540℃まで加熱して5分保持した後、不活性ガスによりノズルに圧力を加えてアトマイズを行い、ボール状のはんだ合金とした。尚、ボール直径は設定値を0.30mmとし、予めノズル先端の直径を調整した。得られた各ボールはエタノール洗浄を3回行った後、真空乾燥機により真空中において40℃で3時間乾燥した。
<Ball manufacturing method>
Each master alloy (diameter 24 mm) of the above samples 1 to 22 was put into a nozzle of a submerged atomizer, and this nozzle was set on the top of a quartz tube containing oil heated to 270 ° C. (in a high frequency melting coil). . After heating the mother alloy in the nozzle to 540 ° C. by high frequency and holding it for 5 minutes, the nozzle was pressurized with an inert gas and atomized to obtain a ball-shaped solder alloy. The ball diameter was set to 0.30 mm, and the nozzle tip diameter was adjusted in advance. Each of the balls thus obtained was washed with ethanol three times and then dried in a vacuum dryer at 40 ° C. for 3 hours in a vacuum.

乾燥後の試料14〜16及び22については、更にボールを押し潰し、表面に平面視直線部分を有する形状とした。具体的には、温間プレス機を用い、酸化抑制のために窒素を5リットル/分の流量で流しながら、200℃に加熱した金型でボールを押し潰し、30秒保持した後、窒素を満たしたサイドボックスに移し、常温まで冷却して取出した。押し潰しの程度は、金型の隙間を制御して所定の潰し量となるように調整した。   About the samples 14-16 and 22 after drying, the ball | bowl was further crushed and it was set as the shape which has a planar view linear part on the surface. Specifically, using a warm press machine, while flowing nitrogen at a flow rate of 5 liters / minute to suppress oxidation, the ball was crushed with a mold heated to 200 ° C., held for 30 seconds, and then the nitrogen was removed. It moved to the filled side box, and it cooled and took out to normal temperature. The degree of crushing was adjusted so as to obtain a predetermined crushing amount by controlling the gap of the mold.

<長径と短径の測定及び長短比の算出方法>
試料1〜13及び試料17〜21の各ボール状はんだ合金については、三次元測定機によって任意の50カ所について直径を測定し、測定値が最小の長さを短径及び最大の長さを長径とした。
<Measurement of long diameter and short diameter and calculation method of long / short ratio>
About each ball-shaped solder alloy of sample 1-13 and sample 17-21, a diameter is measured about arbitrary 50 places with a three-dimensional measuring machine, and the shortest diameter and the maximum length are the longest diameter. It was.

また、ボールを押し潰した形状の試料14〜16及び22については、潰した方向の幅(厚さ)を任意に10カ所測定して、測定値が最小の長さを短径とし、潰したボールを上記短径の測定方向と直交する方向から見た形状に外接する平行線間の距離を任意に10カ所測定して、その測定値が最大の長さを長径とした。   Moreover, about the samples 14-16 and 22 of the shape which crushed the ball | bowl, the width | variety (thickness) of the crushing direction was measured arbitrarily 10 places, the length with the smallest measured value was made into the short axis, and it crushed The distance between parallel lines circumscribing the shape of the ball as viewed from the direction perpendicular to the measurement direction of the short axis was arbitrarily measured at 10 points, and the longest measured value was taken as the long axis.

上記のごとく測定した長径と短径から、上記計算式1に基づいて長径を短径で除することにより、試料1〜22の各ボール状はんだ合金の長短比を算出した。   By dividing the major axis by the minor axis from the major axis and the minor axis measured as described above, the major / minor ratio of each ball-shaped solder alloy of Samples 1 to 22 was calculated.

Figure 2016059943
Figure 2016059943

次に、上記した試料1〜22の各ボール状はんだ合金を用いて、基板との接合試験を行った後、接合されたはんだについて、縦横比を下記の方法により測定して濡れ性の評価とし、ボイド率を測定して接合性の評価とした。更に、上記接合試験で得られた基板とはんだとの接合体を用いて、ヒートサイクル試験による信頼性評価を行った。得られた縦横比(濡れ性評価)、ボイド率(接合性評価)、及びヒートサイクル試験(信頼性評価)の結果を下記表2に示した。   Next, after performing a joining test with the substrate using each of the ball-shaped solder alloys of Samples 1 to 22 described above, the aspect ratio of the joined solder is measured by the following method to evaluate wettability. The void ratio was measured to evaluate the bondability. Furthermore, the reliability evaluation by a heat cycle test was performed using the joined body of the board | substrate and solder obtained by the said joining test. Table 2 below shows the results of the obtained aspect ratio (wetability evaluation), void ratio (bondability evaluation), and heat cycle test (reliability evaluation).

<濡れ性の評価(縦横比の測定)>
濡れ性試験機(装置名:雰囲気制御式濡れ性試験機)を起動し、加熱するヒーター部分に2重のカバーをしてヒーター部の周囲4箇所から窒素ガスを12リットル/分の流量で流した。その後、ヒーター設定温度を融点より50℃高い温度にして加熱した。
<Evaluation of wettability (measurement of aspect ratio)>
Start up a wettability tester (device name: atmosphere control type wettability tester), cover the heater part to be heated with a double cover, and let nitrogen gas flow at a flow rate of 12 liters / minute from around the heater part. did. Thereafter, the heater was set to a temperature higher than the melting point by 50 ° C. and heated.

ヒーター温度が設定値で安定した後、Niめっき(膜厚:3.0μm)したCu基板(板厚:0.3mm)をヒーター部にセッティングして25秒加熱し、次にボール状のはんだ合金をCu基板上に載せて25秒加熱した。加熱が完了した後、Cu基板をヒーター部から取り上げ、その横の窒素雰囲気が保たれている場所に一旦設置して冷却し、十分に冷却した後大気中に取り出した。   After the heater temperature has stabilized at the set value, a Cu substrate (plate thickness: 0.3 mm) plated with Ni (film thickness: 3.0 μm) is set in the heater and heated for 25 seconds, and then a ball-shaped solder alloy Was placed on a Cu substrate and heated for 25 seconds. After the heating was completed, the Cu substrate was picked up from the heater part, once installed in a place where the nitrogen atmosphere next to it was maintained, cooled, and after sufficiently cooled, taken out into the atmosphere.

得られた接合体、即ち図3に示すようにCu基板3のNi層4にはんだ合金5が接合された接合体について、濡れ広がったはんだ合金5の縦横比を求めた。具体的には、図3に示す接合体について、図4に示す最大はんだ濡れ広がり長さX1と最小はんだ濡れ広がり長さX2を測定し、下記計算式2により縦横比を算出した。縦横比が1.00に近いほど、接合されたはんだ合金5が真円に近く濡れ広がっていることになり、濡れ性がよいと判断することができる。   The obtained bonded body, that is, the bonded body in which the solder alloy 5 was bonded to the Ni layer 4 of the Cu substrate 3 as shown in FIG. Specifically, for the joined body shown in FIG. 3, the maximum solder wetting spread length X1 and the minimum solder wetting spread length X2 shown in FIG. 4 were measured, and the aspect ratio was calculated by the following calculation formula 2. It can be determined that the closer the aspect ratio is to 1.00, the closer the welded solder alloy 5 is to the perfect circle and the better the wettability.

[計算式2]
縦横比=X1/X2
[Calculation Formula 2]
Aspect ratio = X1 / X2

<接合性の評価(ボイド率の測定)>
上記濡れ性の評価の際と同様にして得られた図3に示す接合体について、はんだ合金5が接合されたCu基板3のボイド率をX線透過装置(株式会社東芝製、TOSMICRON−6125)を用いて測定した。具体的には、はんだ合金5とCu基板3の接合面を上部から垂直にX線を透過し、下記計算式3を用いてボイド率を算出した。
<Evaluation of bondability (measurement of void fraction)>
For the joined body shown in FIG. 3 obtained in the same manner as in the evaluation of the wettability, the void ratio of the Cu substrate 3 to which the solder alloy 5 is joined is determined using an X-ray transmission device (TOSMICRON-6125, manufactured by Toshiba Corporation). It measured using. Specifically, X-rays were transmitted vertically through the joint surface between the solder alloy 5 and the Cu substrate 3 from above, and the void ratio was calculated using the following formula 3.

[計算式3]
ボイド率(%)=ボイド面積÷(ボイド面積+はんだ合金とCu基板の接合面積)×100
[Calculation Formula 3]
Void ratio (%) = void area / (void area + solder alloy / Cu substrate bonding area) × 100

上記ボイド率に基づいてはんだの接合性を評価した。即ち、ボイド率が0.0%以上1.0%未満の接合が良好な状態を「◎」、ボイド率が1.0%以上5.0%未満の接合上問題ない状態を「○」、ボイド率が5.0%以上で接合に問題のある状態を「×」とした。   The solderability was evaluated based on the void ratio. That is, “◎” indicates that the void ratio is 0.0% or more and less than 1.0%, and “◯” indicates that the void ratio is 1.0% or more and less than 5.0%. A state where the void ratio was 5.0% or more and there was a problem in joining was indicated as “x”.

<信頼性の評価(ヒートサイクル試験)>
上記濡れ性の評価の際と同様にして得られた図3に示す接合体に対し、−40℃の冷却と250℃の加熱を1サイクルとして、所定のサイクル数だけ繰り返した。その後、はんだ合金が接合されたCu基板(接合体)を樹脂に埋め込み、断面研磨を行い、SEM(日立製作所製 S−4800)により接合面を観察した。接合面に剥がれがある場合又ははんだ合金にクラックが入っていた場合を「×」、そのような不良がなく、初期状態と同様の接合面を保っていた場合を「○」とした。
<Reliability evaluation (heat cycle test)>
The joined body shown in FIG. 3 obtained in the same manner as in the evaluation of the wettability was repeated a predetermined number of cycles, with -40 ° C. cooling and 250 ° C. heating taken as one cycle. Thereafter, a Cu substrate (bonded body) to which the solder alloy was bonded was embedded in the resin, cross-section polishing was performed, and the bonding surface was observed with SEM (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.). The case where the joint surface was peeled off or the solder alloy was cracked was indicated as “X”, and the case where there was no such defect and the same joint surface as in the initial state was maintained as “◯”.

Figure 2016059943
Figure 2016059943

上記表2から分かるように、本発明の試料1〜16の各ボール状はんだ合金は、各評価項目において良好な特性を示している。即ち、はんだ合金の濡れ広がり性の評価である縦横は全て1.02以下で真円状に近く濡れ広がっており、ボイド率は4%以下であって良好な接合ができていることが分かる。また、信頼性の評価であるヒートサイクル試験では、試料1〜16の全ての試料で500サイクルまで不良は発生しなかった。更にGeとSnの組成がより好ましい範囲にある場合は、ヒートサイクル試験で700サイクルまで不良は観察されなかった。   As can be seen from Table 2 above, each of the ball-shaped solder alloys of Samples 1 to 16 of the present invention exhibits good characteristics in each evaluation item. That is, it can be seen that the vertical and horizontal dimensions, which are evaluations of the wetting and spreading properties of the solder alloy, are all 1.02 or less and are spreading almost like a perfect circle, and the void ratio is 4% or less and a good bonding is achieved. Further, in the heat cycle test, which is an evaluation of reliability, no defect occurred up to 500 cycles in all the samples 1 to 16. Furthermore, when the composition of Ge and Sn was in a more preferable range, no defect was observed up to 700 cycles in the heat cycle test.

このように全ての評価項目で良好な結果が得られた理由は、本発明のボール状はんだ合金は長短比が適正に制御された形状であり、且つ適切な組成を有していることにより、濡れ広がり性等に優れているためである。   The reason why good results were obtained in all the evaluation items in this way is that the ball-shaped solder alloy of the present invention has a shape in which the length-to-short ratio is appropriately controlled and has an appropriate composition. This is because it has excellent wettability and the like.

一方、比較例である試料17〜22の各ボール状はんだ合金は、少なくともいずれかの特性において好ましくない結果となった。具体的には、縦横比は全て1.12以上であって、濡れ広がり性が非常に悪いことが分かる。また、ボイド率は多くの試料で7%以上となり、ヒートサイクル試験においては全ての試料で300サイクルまでに不良が発生している。尚、長短比が1.65と潰し過ぎた試料22のボール状はんだ合金は、クラックを発生して花びら状となった。   On the other hand, each of the ball-shaped solder alloys of Samples 17 to 22 as the comparative example resulted in an undesirable result in at least any of the characteristics. Specifically, it can be seen that the aspect ratios are all 1.12 or more and the wet spreadability is very poor. Further, the void ratio is 7% or more in many samples, and in the heat cycle test, defects occurred in all samples up to 300 cycles. In addition, the ball-shaped solder alloy of the sample 22 that was too crushed with a length-to-short ratio of 1.65 generated cracks and became petals.

1 ボール状はんだ合金
1a、1b 平面視直線部分
2 水平基板
3 Cu基板
4 Ni層
5 はんだ合金
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ball-shaped solder alloy 1a, 1b Plane view linear part 2 Horizontal substrate 3 Cu substrate 4 Ni layer 5 Solder alloy

Claims (5)

ボール状のAu−Ge−Sn系はんだ合金であって、0.01質量%以上10.0質量%以下のGeと、32.0質量%以上40.0質量%以下のSnと、残部のAu及び不可避不純物とからなり、長径/短径により求めた長短比が1.00以上1.20以下であることを特徴とするボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金。   A ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy comprising 0.01% to 10.0% by weight of Ge, 32.0% to 40.0% by weight of Sn, and the balance of Au And a ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy having a length-to-length ratio of 1.00 to 1.20. 2.0質量%以上3.5質量%以下のGeと、34.0質量%以上39.0質量%以下のSnと、残部のAu及び不可避不純物とからなり、長径/短径により求めた長短比が1.00以上1.10以下であることを特徴とする、請求項1に記載のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金。   It is composed of 2.0 mass% or more and 3.5 mass% or less of Ge, 34.0 mass% or more of Sn and 39.0 mass% or less of Sn, and the balance of Au and inevitable impurities. 2. The ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy according to claim 1, wherein the ratio is 1.00 or more and 1.10 or less. 造粒後のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を一方向から押し潰し、合金表面に平面視直線部分を有する形状にしたボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金であって、0.01質量%以上10.0質量%以下のGeと、32.0質量%以上40.0質量%以下のSnと、残部のAu及び不可避不純物とからなり、長径/短径により求めた長短比が1.00を超え1.50以下であることを特徴とするボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金。   A ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy obtained by crushing a ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy after granulation from one direction into a shape having a linear portion in plan view on the alloy surface, 0.01 The length-to-length ratio obtained from the major axis / minor axis is 1 and consists of Ge of mass% to 10.0 mass%, Sn of 32.0 mass% to 40.0 mass%, the balance Au and inevitable impurities. A ball-shaped Au—Ge—Sn based solder alloy characterized by being over 0.000 and not more than 1.50. 前記Au、Ge及びSnと共に、Pを0.500質量%以下含有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金。   The ball-shaped Au-Ge-Sn based solder alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein P is contained in an amount of 0.500% by mass or less together with Au, Ge, and Sn. 請求項1〜4のいずれかに記載のボール状Au−Ge−Sn系はんだ合金を用いて接合又は封止されていることを特徴とする電子部品。   An electronic component, which is bonded or sealed using the ball-shaped Au—Ge—Sn solder alloy according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016068091A (en) * 2014-09-26 2016-05-09 住友金属鉱山株式会社 BALL-SHAPED Au-Sn-Ag SOLDER ALLOY, ELECTRONIC COMPONENT SEALED BY USING THE BALL-SHAPED Au-Sn-Ag SOLDER ALLOY, AND ELECTRONIC COMPONENT MOUNTED DEVICE
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US11033812B2 (en) 2019-06-20 2021-06-15 Nintendo Co., Ltd. Input apparatus, method, and game processing method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016068091A (en) * 2014-09-26 2016-05-09 住友金属鉱山株式会社 BALL-SHAPED Au-Sn-Ag SOLDER ALLOY, ELECTRONIC COMPONENT SEALED BY USING THE BALL-SHAPED Au-Sn-Ag SOLDER ALLOY, AND ELECTRONIC COMPONENT MOUNTED DEVICE
US10751613B1 (en) 2019-06-20 2020-08-25 Nintendo Co., Ltd. Apparatus and method
US11033812B2 (en) 2019-06-20 2021-06-15 Nintendo Co., Ltd. Input apparatus, method, and game processing method
US11260293B2 (en) 2019-06-20 2022-03-01 Nintendo Co., Ltd. Method and apparatus with deformable body engaging portion and game controller attachment portion
US11577160B2 (en) 2019-06-20 2023-02-14 Nintendo Co., Ltd. Input apparatus, method, and game processing method

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