JP2017501879A - 亜鉛系鉛フリーはんだ組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
[0005]本鉛フリーはんだ組成物は亜鉛ベースであってよい。本はんだ組成物には、主要成分として亜鉛、アルミニウム、及びゲルマニウム、並びに少量成分としてガリウム及びマグネシウムを含ませることができる。この鉛フリーの亜鉛系はんだ組成物は、例えば望ましい溶融特性、機械特性、及び濡れ性を示すことができる。
[0010]その更に他の形態においては、本発明は、チップ、及チップに接続されているリードフレーム構造体を含み、リードフレーム構造体は、金属製のリードフレーム、金属製のリードフレームの上の金属バリヤ層、及び金属バリヤ層の上の金属間層を含んでいて、チップに接続されており、金属間層は金属バリヤ層上の濡れ促進層、及び鉛フリーの亜鉛系はんだ組成物から形成されている電子実装配置を提供する。
[0030]ここでは、鉛を含まないか又は実質的に含まないはんだ組成物を開示する。鉛フリーはんだ組成物は、下記に更に記載するように亜鉛系はんだ組成物であってよい。
[0035]はんだ組成物は、その固相線温度、液相線温度、及び固相線温度と液相線温度の間の融点範囲などのその溶融特性に基づいて評価することができる。はんだ組成物の固相線温度は、はんだ組成物が溶融し始める温度を定量化するものである。固相線温度よりも低い温度においては、はんだ組成物は完全に固体である。幾つかの態様においては、固相線温度は、はんだ付け操作の工程を可能にするため、及び最終用途のデバイスにおいて熱応力を最小にするために約300℃又はそれ以上であってよい。はんだ組成物の液相線温度は、それより高い温度においてはんだ組成物が完全に溶融する温度を定量化するものである。液相線温度は、結晶(例えば固体材料)が溶融体(例えば液体材料)と共存することができる最高温度である。液相線温度よりも高い温度においては、はんだ組成物は均一な溶融体又は液体である。はんだ組成物の融点範囲は、液相線温度と固相線温度の間で規定される。幾つかの態様においては、はんだ組成物が2つの相で存在する範囲を最小にするために、狭い融点範囲を有することが好ましい可能性がある。
[0049]下表3に示す量で存在させることができる。
II.リードフレーム構造体:
[0054]ここではまた、上記に記載の鉛フリーの亜鉛系はんだ組成物と共に用いるためのリードフレーム構造体も開示する。
実施例1:
はんだ組成物の製造及び分析:
I.試料の製造:
[0076]本実施例においては、下表6にしたがって、種々の量の亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム(Ga)、及びマグネシウム(Mg)を含む複数のはんだ合金試料を調製した。それぞれの試料は、材料を410℃の温度に加熱して溶融体を形成することによって調製した。次に、それぞれの溶融体を、窒素雰囲気中で成形して直径1インチのビレットを形成した。
[0077]はんだビレットを、200〜300℃及び10,342〜13,790キロパスカル(1500〜2000ポンド/平方インチ(psi))においてダイを用いて押出して、約0.762mm(0.030インチ)の直径を有するはんだ線を形成した。次に、はんだ線を、51mm(2インチ)の直径の内側ハブ、及び102mm(4インチ)の直径を有する2つの外側フランジを有するスプール上に巻回した。
[0079]Perkin Elmer DSC7装置を用いる示差走査熱量測定(DSC)によって、試料はんだ線の溶融特性を求めた。この装置を用いて固相線温度及び液相線温度を測定した。融点範囲は、液相線温度と固相線温度の間の差として算出した。試料はんだ線の溶融特性を下表8に示す。
[0080] 試料はんだ線の伸びは、「金属材料の引張試験に関する標準的な試験方法」と題されたASTM−E8にしたがってInstron 4465装置を室温で運転することによって評価した。
[0083]試料はんだ線の濡れ性は、95体積%の窒素及び5体積%の水素を含むフォーミングガスを用いて、ASM-SD890Aダイボンダーを410℃で運転することによって求めた。はんだ線を高温の銅リードフレームに供給して、はんだ線を溶融させて、リードフレーム上にドットを形成した。
[0087]試料1は最も良好な総合的な性能−良好な押出性(表7)、伸び及び延性などの良好な機械特性(表9)、並びに良好な濡れ性(表10)−を示した。
リードフレーム構造体の製造:
[0093]本実施例においては、本発明によるリードフレーム構造体を製造した。純銅リードフレームを入手し、無電解メッキプロセスを用いて純ニッケルを6μmの厚さまでメッキした。
[0095]図4は、厚さ2μmの銅層を有する第1のリードフレーム構造体のSEM断面画像であり、図5は、厚さ8μmの銅層を有する第2のリードフレーム構造体のSEM断面画像である。それぞれのリードフレーム構造体は、銅リードフレーム200、ニッケルメッキ202、及び銅フラッシュ又は銅層204を含む。
はんだの濡れ性の検討:
[0096]亜鉛系はんだ組成物をその液相線温度よりも高い温度に加熱し、ASM 890ダイボンダーを用いて図4及び5のリードフレーム上を濡らした。結果をそれぞれ図6及び7の画像において示す。図6及び7において示されるように、亜鉛系はんだはリードフレームの銅層を横切って均一に濡らし、2μm(図6)及び8μm(図7)の銅層を有するリードフレームの両方の上を広く被覆した。
Cu/Zn金属間層の分析:
[0098]図9及び11は、リードフレーム上に亜鉛系はんだを流動させて固化させた後の、それぞれ図6及び7のリードフレームから撮ったSEM断面画像である。図10及び12は、材料のリードフレームの断面全体にわたって種々の深さで撮ったX線ラインスキャン元素分析結果である。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[1]
約77〜約93重量%の亜鉛;
約3〜約15重量%のアルミニウム;
約3〜約7重量%のゲルマニウム;
約0.25〜約0.75重量%のガリウム;及び
約0.125〜約0.375重量%のマグネシウム;
を含むはんだ組成物。
[2]
約0.275〜約0.725重量%のガリウムを含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[3]
約0.15〜約0.35重量%のマグネシウムを含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[4]
約6重量%のアルミニウム;及び
約5重量%のゲルマニウム;
を含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[5]
約0.001〜約2.5重量%のネオジムを含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[6]
亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、ガリウム、及びマグネシウムから構成される、[1]に記載のはんだ組成物。
[7]
88.25重量%の亜鉛;
6重量%のアルミニウム;
5重量%のゲルマニウム;
0.5重量%のガリウム;及び
0.25重量%のマグネシウム;
から構成される、[1]に記載のはんだ組成物。
[8]
はんだ組成物がマグネシウムよりも多いガリウムを含む、[1]に記載のはんだ組成物。
[9]
[1]に記載のはんだ組成物を含むはんだ線。
[10]
はんだ線が約1ミリメートル未満の直径を有する、[1]に記載のはんだ線。
Claims (10)
- 約77〜約93重量%の亜鉛;
約3〜約15重量%のアルミニウム;
約3〜約7重量%のゲルマニウム;
約0.25〜約0.75重量%のガリウム;及び
約0.125〜約0.375重量%のマグネシウム;
を含むはんだ組成物。 - 約0.275〜約0.725重量%のガリウムを含む、請求項1に記載のはんだ組成物。
- 約0.15〜約0.35重量%のマグネシウムを含む、請求項1に記載のはんだ組成物。
- 約6重量%のアルミニウム;及び
約5重量%のゲルマニウム;
を含む、請求項1に記載のはんだ組成物。 - 約0.001〜約2.5重量%のネオジムを含む、請求項1に記載のはんだ組成物。
- 亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、ガリウム、及びマグネシウムから構成される、請求項1に記載のはんだ組成物。
- 88.25重量%の亜鉛;
6重量%のアルミニウム;
5重量%のゲルマニウム;
0.5重量%のガリウム;及び
0.25重量%のマグネシウム;
から構成される、請求項1に記載のはんだ組成物。 - はんだ組成物がマグネシウムよりも多いガリウムを含む、請求項1に記載のはんだ組成物。
- 請求項1に記載のはんだ組成物を含むはんだ線。
- はんだ線が約1ミリメートル未満の直径を有する、請求項1に記載のはんだ線。
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