JP2017087248A - Solder paste composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はんだペースト組成物に関し、詳しくは、融点の異なるはんだ合金粉末を含有し、ボイドの発生を低減するはんだペースト組成物、及びそれを用いたはんだ接合に関する。 The present invention relates to a solder paste composition, and more particularly, to a solder paste composition containing solder alloy powders having different melting points and reducing the generation of voids, and solder joints using the same.
電子部品の接合材料として、地球環境への負荷低減を考慮した鉛フリーはんだが広く普及しており、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ系はんだやＳｎ-Ｃｕ-Ｎｉ系はんだがその代表的な組成である。
一方、融点が２８０℃以上の高温はんだの分野に於いてはＲｏＨＳ指令適用除外項目として、鉛含有率が重量で８５％以上の鉛ベースの合金が広く使用されているのも現状である。
ところで、近年、電子機器等のダウンサイジングにより、電子機器等に搭載する電子部品の微細化が進み、それに伴い、はんだ接合に於いてもマイクロソルダリングと呼ばれる微細はんだ接合技術が求められている。
As a bonding material for electronic parts, lead-free solder that takes into account the reduction of the load on the global environment is widely used, and Sn—Ag—Cu solder and Sn—Cu—Ni solder are typical compositions.
On the other hand, in the field of high-temperature solder having a melting point of 280 ° C. or higher, a lead-based alloy having a lead content of 85% or more by weight is widely used as an exemption from the RoHS directive.
Incidentally, in recent years, downsizing of electronic devices and the like has led to the progress of miniaturization of electronic components mounted on electronic devices and the like, and accordingly, a soldering technique called micro soldering is also required in solder bonding.
そして、マイクロソルダリングには、一般的に、フラックスにはんだ合金の微粉末を混合したはんだペーストが用いられている。
このはんだペーストは、通常、ロジン類、活性剤、チクソ剤、及び溶剤を含有するフラックスと、はんだ合金粉末との混合物であり、はんだ合金粉末は接合対象に対応して粒子サイズの微細化が進んでいる。
また、はんだペーストを用いた電子部品等の基板への実装方法として、プリント基板上にはんだペーストをパターンに合わせて印刷し、その上に電子部品を置いた後、リフロー炉を通過させることにより、リフロー炉内ではんだペーストが加熱され、はんだ合金粉末が溶融し、電子部品をプリント基板に接合する方法が多く採用されている。
For soldering, a solder paste in which a fine powder of a solder alloy is mixed with a flux is generally used.
This solder paste is usually a mixture of a flux containing a rosin, an activator, a thixotropic agent, and a solvent, and a solder alloy powder. The solder alloy powder has a finer particle size corresponding to the object to be joined. It is out.
In addition, as a mounting method on a substrate such as an electronic component using a solder paste, by printing the solder paste on a printed circuit board according to a pattern, placing the electronic component on the printed circuit board, and passing it through a reflow furnace, Many methods are employed in which the solder paste is heated in a reflow furnace, the solder alloy powder is melted, and the electronic component is joined to the printed circuit board.
従来、このリフロー方式でのはんだ接合の場合、はんだ接合部に発生するボイドが問題として知られている。
ボイド発生は、ボイドの原因となるガスやフラックス固形成分が溶融しているはんだ接合系内より抜けない状態ではんだ合金が固まり、閉じ込められたガスやフラックス成分によって発生することが、一因として考えられている。
Conventionally, in the case of solder joining by this reflow method, a void generated in a solder joint has been known as a problem.
The generation of voids is thought to be partly due to the fact that the solder alloy solidifies in a state where it cannot escape from the solder joint system in which the gas and flux solid components causing the voids are melted, and is generated by the trapped gas and flux components. It has been.
そして、ボイド発生を抑制する方法として、特許文献１では、はんだペーストを構成するフラックス成分中にアルコール変性ジシクロペンタジエン系樹脂の水素化物を配合した技術が開示されている。
また、特許文献２では、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末の成分である錫の酸化を阻止するため、銀や銅等で被覆した錫粉末を用いる技術が開示されている。
更に、特許文献３及び特許文献４では、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末を２種以上用いる技術として、特許文献３が融点の異なるはんだ合金粉末を用いる技術、特許文献４が特定のはんだ合金組成を組合せて用いる技術が、其々開示されている。
しかし、特許文献１〜特許文献４で開示されている技術は、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末組成が鉛フリーはんだ合金であり、鉛を含有したはんだペーストを対象としたものではない。
一方、特許文献５でははんだ合金粉末組成として鉛を含有させた２種のはんだ合金粉末を用いた技術が開示されているが、２００℃以上の高温域に於ける機械的性質並びに耐疲労性維持を目的としており、ボイド発生の抑制を目的とするものではなく、ボイド発生抑制を目的とする技術が求められている。
As a method for suppressing the generation of voids, Patent Document 1 discloses a technique in which a hydride of an alcohol-modified dicyclopentadiene resin is blended in a flux component constituting a solder paste.
Patent Document 2 discloses a technique using tin powder coated with silver, copper or the like in order to prevent oxidation of tin which is a component of solder alloy powder constituting the solder paste.
Further, in Patent Document 3 and Patent Document 4, as a technique for using two or more kinds of solder alloy powders constituting the solder paste, Patent Document 3 is a technique using a solder alloy powder having a different melting point, and Patent Document 4 is a specific solder alloy composition. Techniques using these in combination are disclosed.
However, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4, the solder alloy powder composition constituting the solder paste is a lead-free solder alloy and is not intended for solder paste containing lead.
On the other hand, Patent Document 5 discloses a technique using two types of solder alloy powder containing lead as a solder alloy powder composition, but maintains mechanical properties and fatigue resistance in a high temperature range of 200 ° C. or higher. Therefore, there is a need for a technique for suppressing the generation of voids, not for suppressing the generation of voids.
本発明は、鉛含有のはんだペーストを用いたはんだ接合に於いて、ボイドの発生を抑制できるはんだペースト組成物並びにボイドを低減したはんだ継手の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a solder paste composition capable of suppressing the generation of voids in a solder joint using a lead-containing solder paste, and a solder joint with reduced voids.
発明者は、上記の課題を解決すために、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末に着目し、鋭意検討を重ねた結果、融点の異なるはんだ合金粉末を２種以上含有し、少なくとも一つのはんだ合金粉末にＰｂを０．１質量％以上含有させ、更に、融点の異なるはんだ合金粉末の固相線温度の差が５０℃〜１５０℃の範囲になるようにはんだ合金粉末の組成を組合せることにより、はんだ接合部に発生するボイドが抑制されることを見出し、本発明の完成に至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventor has focused attention on the solder alloy powder constituting the solder paste, and as a result of extensive studies, the inventor contains two or more kinds of solder alloy powders having different melting points, and at least one solder alloy. By combining the composition of the solder alloy powder so that the difference in the solidus temperature of the solder alloy powder having different melting points is in the range of 50 ° C. to 150 ° C. The inventors have found that voids generated in the solder joints are suppressed, and have completed the present invention.
即ち、本発明は、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末として、融点の異なる２種以上のはんだ合金粉末が含有され、少なくとも一つのはんだ合金粉末の組成にＰｂが０．１質量％以上含有され、更に、融点の異なるはんだ合金の固相線温度の差が５０℃〜１５０℃の範囲にある特徴を有すること、当該はんだ合金粉末とフラックスを混合したはんだペーストを用いることにより、はんだ接合部に発生するボイドを抑制することを可能とした。 That is, the present invention contains two or more kinds of solder alloy powders having different melting points as the solder alloy powder constituting the solder paste, and the composition of at least one solder alloy powder contains 0.1% by mass or more of Pb. Furthermore, the difference in the solidus temperature of solder alloys with different melting points is in the range of 50 ° C to 150 ° C, and the solder paste is mixed with the solder alloy powder and flux. This makes it possible to suppress voids.
本発明は、ボイド発生が抑制されたはんだペーストであるため、信頼性の高いはんだ接合が可能となり、特に２００℃以上の高温域で用いられるはんだ接合や高温状態に曝されるはんだ接合に広く応用が可能となる。 Since the present invention is a solder paste in which the generation of voids is suppressed, it is possible to perform highly reliable solder bonding, and in particular, it is widely applied to solder bonding used in a high temperature range of 200 ° C. or higher and solder bonding exposed to a high temperature state. Is possible.
以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明のはんだペーストに用いることができるはんだ合金粉末は、本発明の効果を有する範囲であれば特に限定はされないが、２００℃以上の高温域で耐えられる組成が好ましく、更に、Ｐｂを８０質量％以上含有する組成が好ましい。
そして、はんだ合金粉末の構成を粒径の異なるはんだ合金粉末の組合せにすることにより、ボイド発生抑制効果が更に期待できる。
The present invention is described in detail below.
The solder alloy powder that can be used for the solder paste of the present invention is not particularly limited as long as it has the effects of the present invention. However, a composition that can withstand a high temperature range of 200 ° C. or higher is preferable, and 80 masses of Pb is also preferable. % Or more is preferable.
And the void generation | occurrence | production suppression effect is further expectable by making the structure of solder alloy powder into the combination of the solder alloy powder from which a particle size differs.
本発明のはんだペーストに用いることができるフラックスは、本発明の効果を有する範囲に於いて、特に限定はなく公知の成分を用いることができ、当該フラックスを構成する成分としては、ロジン類、活性剤、チクソ剤、及び溶剤などが例示できる。
また、本発明のはんだペーストの製法に関しても、本発明の効果を有する範囲に於いて特に限定されない。
The flux that can be used in the solder paste of the present invention is not particularly limited as long as it has the effects of the present invention, and any known component can be used. Examples include agents, thixotropic agents, and solvents.
Further, the method for producing the solder paste of the present invention is not particularly limited within the range having the effects of the present invention.
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to the following Example.
＜はんだ合金粉末＞
表１に示す４種のはんだ合金粉末を準備した。
表２には、４種のはんだ合金粉末の特性を示す。
＜フラックス＞
表３に示す２種のフラックスを準備した。
表４には、フラックス組成を開示する。
＜はんだペーストの作製＞
フラックス成分を加熱し、均一に溶解する。
次に、表５に示す割合でフラックスとはんだ合金粉末を均一に混合して、実施例１〜実施例６及び比較例１〜比較例４を作製した。
<Solder alloy powder>
Four types of solder alloy powders shown in Table 1 were prepared.
Table 2 shows the characteristics of the four types of solder alloy powders.
<Flux>
Two types of fluxes shown in Table 3 were prepared.
Table 4 discloses the flux composition.
<Preparation of solder paste>
The flux component is heated and dissolved uniformly.
Next, the flux and the solder alloy powder were uniformly mixed at the ratio shown in Table 5 to prepare Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4.
表２よりわかるように、はんだ合金粉末Ａとはんだ合金粉末Ｂの固相線温度の差は６９℃、はんだ合金粉末Ａとはんだ合金粉末Ｃの固相線温度の差は１１３℃、はんだ合金粉末Ａと合金粉末Ｄの固相線温度の差は７０４℃以上である。 As can be seen from Table 2, the difference in the solidus temperature between the solder alloy powder A and the solder alloy powder B is 69 ° C., and the difference in the solidus temperature between the solder alloy powder A and the solder alloy powder C is 113 ° C. The difference in the solidus temperature between A and the alloy powder D is 704 ° C. or higher.
次に、接合評価サンプル及び接合方法に関して説明する。
以下の条件で、実施例１〜実施例６及び比較例１〜比較例４のはんだペーストを用いて接合評価サンプルを作製した。
＜接合サンプル＞
・チップ：シリコンチップ
・基板：無酸素銅板
・接合面積：０．９ｍｍ×０．９ｍｍ
＜接合方法＞
・無酸素銅板上に、はんだペーストを０．２９ｍｇ取り均一に塗布し、その上からシリコンチップで押込み、所定のプロファイルで溶融、接合した。
＜接合条件＞
・装置：マルコム社製リフローシュミレーター ＳＲＳ−１
・温度プロファイル：昇温速度＝４℃／秒，ピーク温度は以下の通り。
実施例１〜実施例６及び比較例１、３、４＝３３０℃，比較例２＝２４０℃
・ピーク温度保持時間：４０秒
・雰囲気：Ｎ２（酸素濃度５００ｐｐｍ以下）
Next, a bonding evaluation sample and a bonding method will be described.
Under the following conditions, a joint evaluation sample was produced using the solder pastes of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4.
<Joint sample>
-Chip: Silicon chip-Substrate: Oxygen-free copper plate-Bonding area: 0.9 mm x 0.9 mm
<Join method>
-0.29 mg of solder paste was uniformly applied onto an oxygen-free copper plate, pressed from above with a silicon chip, and melted and joined with a predetermined profile.
<Joint conditions>
・ Apparatus: Malcolm reflow simulator SRS-1
・ Temperature profile: Temperature increase rate = 4 ℃ / second, peak temperature is as follows.
Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1, 3, 4 = 330 ° C., Comparative Example 2 = 240 ° C.
・ Peak temperature holding time: 40 seconds ・ Atmosphere: N 2 (oxygen concentration 500 ppm or less)
次に、接合サンプルの評価方法に関して説明する。
評価基準は、接合部に発生する最大ボイド率（％）で評価した。
（ボイド率＝ボイド面積／接合面積）
その評価基準は、表６に示す通りである。
また、接合サンプルの最大ボイド率の測定は、島津製作所製Ｘ線透視装置「ＳＭＸ−１６０ＣＴ」を用いて、接合サンプルに発生したボイドを計測した。
Next, a method for evaluating a bonded sample will be described.
The evaluation standard was evaluated by the maximum void ratio (%) generated at the joint.
(Void ratio = void area / bonding area)
The evaluation criteria are as shown in Table 6.
Moreover, the measurement of the maximum void ratio of a joining sample measured the void which generate | occur | produced in the joining sample using Shimadzu Corporation X-ray fluoroscopy apparatus "SMX-160CT".
評価結果について、実施例を表７に、比較例を表８に其々示す。 About an evaluation result, an Example is shown in Table 7, and a comparative example is shown in Table 8, respectively.
表８に示す比較例に対し、表７の実施例１〜実施例６全てが最大ボイド率１０％以下となり、ボイドの発生が大きく抑制されていることがわかる。
従って、本発明のはんだペーストを用いて接合することにより、ボイドの発生が抑制されることは明白である。
また、表８の結果より、本発明のはんだペーストを用いたはんだ接合並びにはんだ継手が、ボイド発生を抑制することも明らかである。
Compared to the comparative example shown in Table 8, it can be seen that all of Examples 1 to 6 in Table 7 have a maximum void ratio of 10% or less, and the generation of voids is greatly suppressed.
Therefore, it is clear that the generation of voids is suppressed by bonding using the solder paste of the present invention.
Further, from the results in Table 8, it is also clear that the solder joint and the solder joint using the solder paste of the present invention suppress the generation of voids.
本発明のはんだペーストは、はんだ接合に於いて接合部に発生するボイドを極めて効果的に抑制することができるため、特に２００℃以上の高温域で用いられるはんだ接合に於いて信頼性の高いはんだ接合が可能となり、高温状態に曝されるはんだ接合に広く応用が期待できる。
The solder paste of the present invention can extremely effectively suppress voids generated at the joints in solder joints, so that the solder having high reliability particularly in solder joints used in a high temperature range of 200 ° C. or higher. Joining is possible, and it can be widely applied to solder joints exposed to high temperatures.
Claims (4)
A solder joint and a solder joint, wherein the solder paste is joined using the solder paste according to claim 1.
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