JP2016500578A - 鉛フリーかつアンチモンフリーの高温信頼性錫はんだ - Google Patents
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Abstract
Description
(a)10重量%以下の銀と、
(b)10重量%以下のビスマスと、
(c)3重量%以下の銅と、
(d)以下の元素の少なくとも1つと、
1重量%以下のニッケル
1重量%以下のチタン
1重量%以下のコバルト
3.5重量%以下のインジウム
1重量%以下の亜鉛
1重量%以下のヒ素
(e)必要に応じて以下の元素の1つ以上と、
0〜1重量%のマンガン
0〜1重量%のクロム
0〜1重量%のゲルマニウム
0〜1重量%の鉄
0〜1重量%のアルミニウム
0〜1重量%のリン
0〜1重量%の金
0〜1重量%のガリウム
0〜1重量%のテルリウム
0〜1重量%のセレン
0〜1重量%のカルシウム
0〜1重量%のバナジウム
0〜1重量%のモリブデン
0〜1重量%の白金
0〜1重量%のマグネシウム
0〜1重量%の希土類
(f)残部 錫および不可避的不純物と
を含むはんだ合金を提供する。
(i)接合する2つ以上のワークピース(または被加工部品、work piece)
を供給する工程;
(ii)請求項1〜10のいずれかに記載のはんだ合金を供給する工程;および
(iii)接合するワークピースの近傍ではんだ合金を加熱する工程
を含むはんだ接合部の形成方法を提供する。
合金Aは、3.63重量%の銀と、3.92重量%のビスマスと、0.76重量%の銅と、0.18重量%のニッケルと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。
合金Bは、3.81重量%の銀と、3.94重量%のビスマスと、0.8重量%の銅と、0.25重量%のニッケルと、0.04重量%のセリウムと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Bもまた、Bi2Sn、Ag3SnおよびCu6Sn5を含む微細構造を示している(図2(a)参照)。合金Aと同様に、Ag3Snは錫マトリックス中に分散しているが針状の析出物のようにも見え、またSn−Cuの析出物はマトリックス中に不均一に分散している。約150℃で約200時間の熱処理の後、共晶Ag−Snを明らかに見ることができ、針状のAg3Snの著しい減少も観察され、より均一な微細構造を示す(図2(b)参照)。合金Aのように、熱処理後、Ni、Cu−Snの析出物がマトリックス中に確認される。そのような析出物をX線回折分析によりNiSn2析出物と同定した。
合金Cは、3.8重量%の銀と、2.98重量%のビスマスと、0.7重量%の銅と、0.1重量%のニッケルと、0.01重量%のチタンと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。鋳造状態の微細構造(図3(a)参照)は、粒界に沿って分散した高濃度の微細なAg3Snの析出物から構成され、クリープの間の粒界滑りを防ぐことが予測され、従って合金の耐クリープ性を改善する。 150℃で約200時間のエージング後、析出物の著しい成長が観察される(図3(b)参照)。
合金Dは、3.85%の銀と、3.93%のビスマスと、0.68%の銅と、0.22%のニッケルと、0.078%のセリウムと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。この合金の微細構造(図4(a)参照)は、Cu6Sn5の析出物と共に長い針状のAg3Snを示している。
合金Eは、3.86%の銀と、3.99%のビスマスと、0.63%の銅と、0.16%のニッケルと、0.043%のチタンと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Eは、209.3〜220.6℃の溶融範囲;30のビッカース硬さ(HV−1)を有する。
合金Fは、3.82%の銀と、3.96%のビスマスと、0.6%の銅と、0.16%のニッケルと、0.042%のコバルトと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Fは、209.1〜216.1℃の溶融範囲;22.4の熱膨張率CTE(μm/mK)(30〜100℃)を有する。
合金Gは、3.9%の銀と、3%のビスマスと、0.6%の銅と、0.12%のニッケルと、0.006%のマンガンと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Gは、209.2〜216.8℃の溶融範囲;28のビッカース硬さ(HV−1)を有する。
合金Hは、3.83%の銀と、3.93%のビスマスと、0.63%の銅と、0.15%のニッケルと、0.006%のゲルマニウムと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Hは、208.2〜218.6℃の溶融範囲;21.7の熱膨張率CTE(μm/mK)(30〜100℃);29のビッカース硬さ(HV−1)を有する。
合金Iは、4.20%の銀と、3.99%のビスマスと、0.63%の銅と、0.18%のニッケルと、3.22%のインジウムと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Iは、195.6〜210.7℃の溶融範囲を有する。
合金Jは、3.91%の銀と、2.9%のビスマスと、0.72%の銅と、0.2%のニッケルと、0.04%のセリウムと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Jは、209.8〜217.0℃の溶融範囲;22.7の熱膨張率CTE(μm/mK)(30〜100℃);27のビッカース硬さ(HV−1)を有する。
合金Kは、3.87%の銀と、3.02%のビスマスと、0.61%の銅と、0.14%のニッケルと、0.038%のランタンと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Kは、210.96〜220.8℃の溶融範囲;29のビッカース硬さ(HV−1)を有する。
合金Lは、3.86%の銀と、3.99%のビスマスと、0.64%の銅と、0.14%のニッケルと、0.044%のネオジムと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Lは、207.8〜219.5℃の溶融範囲;29のビッカース硬さ(HV−1)を有する。
合金Mは、3.94%の銀と、3.92%のビスマスと、0.7%の銅と、0.12%のニッケルと、0.023%のコバルトと、残部 錫および不可避的不純物とを含む。合金Mは、209〜217℃の溶融範囲;22.6の熱膨張率CTE(μm/mK)(30〜100℃)を有する。
Claims (13)
- 鉛フリーかつアンチモンフリーのはんだ合金であって、
(a)10重量%以下の銀と、
(b)10重量%以下のビスマスと、
(c)3重量%以下の銅と、
(d)以下の元素の少なくとも1つと、
1重量%以下のニッケル
1重量%以下のチタン
1重量%以下のコバルト
3.5重量%以下のインジウム
1重量%以下の亜鉛
1重量%以下のヒ素
(e)必要に応じて以下の元素の1つ以上と、
0〜1重量%のマンガン
0〜1重量%のクロム
0〜1重量%のゲルマニウム
0〜1重量%の鉄
0〜1重量%のアルミニウム
0〜1重量%のリン
0〜1重量%の金
0〜1重量%のガリウム
0〜1重量%のテルリウム
0〜1重量%のセレン
0〜1重量%のカルシウム
0〜1重量%のバナジウム
0〜1重量%のモリブデン
0〜1重量%の白金
0〜1重量%のマグネシウム
0〜1重量%の希土類元素
(f)残部 錫および不可避的不純物と
を含むはんだ合金。 - 前記合金が、2.5〜5重量%の銀、好ましくは3〜5重量%の銀、より好ましくは3〜4.5重量%の銀を含む請求項1に記載のはんだ合金。
- 前記合金が、2〜6重量%のビスマス、好ましくは2.5〜5重量%のビスマス、より好ましくは2.8〜4.5重量%のビスマスを含む請求項1または2に記載のはんだ合金。
- 前記合金が、0.3〜2重量%の銅、好ましくは0.4〜1重量%の銅、より好ましくは0.5〜0.9重量%の銅、さらにより好ましくは0.6〜0.9重量%の銅を含む請求項1〜3のいずれかに記載のはんだ合金。
- 前記合金が、0.01〜1重量%のニッケル、好ましくは0.03〜0.6重量%のニッケル、より好ましくは0.05〜0.5重量%のニッケルを含む請求項1〜4のいずれかに記載のはんだ合金。
- 前記合金が、0.005〜0.5重量%のチタン、好ましくは0.007〜0.1重量%のチタン、より好ましくは0.008〜0.05重量%のチタンを含む請求項1〜5のいずれかに記載のはんだ合金。
- 前記合金が、3〜5重量%の銀と、2〜5重量%のビスマスと、0.3〜1.5重量%の銅と、0.05〜0.4重量%のニッケルと、必要に応じて、0.008〜0.06重量%のチタンと、必要に応じて、0.005〜0.2の希土類元素(好ましくはセリウム)と、必要に応じて、3〜4重量%のインジウムと、必要に応じて、1重量%以下のゲルマニウムと、必要に応じて、1重量%以下のマンガンと、必要に応じて、0.01〜0.1重量%のコバルトと残部 錫および不可避的不純物とを含む請求項1に記載のはんだ合金。
- 前記合金が:3.5〜4.5重量%の銀;2.8〜4.2重量%のビスマス、好ましくは2.8〜4重量%のビスマス;0.5〜0.9重量%の銅、好ましくは0.6〜0.9重量%の銅;0.1〜0.3重量%のニッケル;必要に応じて、0.008〜0.02重量%のチタン;必要に応じて、0.01〜0.08の希土類元素、好ましくはセリウム;必要に応じて、0.002〜0.01重量%のマンガン;および必要に応じて、0.002〜0.01重量%のゲルマニウムを含む請求項7に記載のはんだ合金。
- 前記合金が、195〜222℃、好ましくは207〜220℃、より好ましくは209〜218℃の融点を有する請求項1〜8のいずれかに記載のはんだ合金。
- 本発明の合金は、バー、棒、ソリッドワイヤ若しくはフラックスコアードワイヤ、箔若しくはストリップ、または粉末若しくはペースト(粉末とフラックスとの混合)、またはボールグリッドアレイの接合若しくはチップスケールパッケージに用いるはんだ球、またはフラックス入り若しくはフラックス塗布を伴う若しくは伴わない他の予備塗布したはんだ片の形態である請求項1〜9のいずれかに記載のはんだ合金。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の合金を含む接合部。
- (i)接合する2つ以上のワークピースを供給する工程;
(ii)請求項1〜10のいずれかに記載のはんだ合金を供給する工程;および
(iii)接合する前記ワークピースの近傍で前記はんだ合金を加熱する工程
を含むはんだ接合部の形成方法。 - ウェーブはんだ付け、表面実装技術(SMT)のはんだ付け、ダイアタッチのはんだ付け、サーマルインターフェースのはんだ付け、手はんだ付け、レーザーはんだ付けおよび高周波誘導はんだ付け、およびリワークはんだ付け、ラミネーションのようなはんだ付け方法における、請求項1〜10のいずれかに記載の合金組成物の使用。
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