JP2019013957A - Solder joint and bonding method - Google Patents

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Abstract

To provide a solder joint in which βSn particles are oriented in a desired specific direction, and the βSn particle has a desired structure; and to provide a bonding method related to the solder joint.SOLUTION: In a solder joint in which at least two copper boards 2 are bonded by using a lead-free solder alloy containing Sn, a solder ball 1 related to the lead-free solder alloy contains one or a plurality of nucleation particles 4, and single grain βSn crystal-oriented in a specific direction to the copper boards 2 in the state where its [001] direction is parallel to a facet surface of the nucleation particles 4.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、Snを含む鉛フリーはんだ合金を用いて少なくとも2つの被接合部材を接合させたはんだ継手及び接合方法に関する。   The present invention relates to a solder joint in which at least two members to be joined are joined using a lead-free solder alloy containing Sn and a joining method.

はんだ付けを用いた電気的及び電子的接合においてはβSnが主な相となる。しかし、βSnはその熱物理的特性が非常に異方的である。例えば、熱膨張係数、剛性、溶質の拡散係数はβSnの方向によって大きく異なる。また、はんだ接合の信頼性に対する研究では、熱サイクル能力、せん断疲労寿命及び電子移動能力が、はんだ付けが行われる基板の面に対するβSnの[001]方向の配向に左右されることが知られている。   In electrical and electronic joining using soldering, βSn is the main phase. However, βSn is very anisotropic in its thermophysical properties. For example, the thermal expansion coefficient, rigidity, and solute diffusion coefficient vary greatly depending on the direction of βSn. Further, in research on the reliability of solder joints, it is known that the thermal cycle ability, shear fatigue life, and electron transfer ability depend on the orientation of βSn in the [001] direction with respect to the surface of the substrate on which soldering is performed. Yes.

電子移動能力の場合は、βSn粒子の[001]方向が電流の方向と略平行である、すなわち基板の面に対して垂直方向であるはんだ継手において、電子移動が非常に良好である。これは、Cu、Ni、Ag又はAuのような溶質原子の[001]方向(c軸)に沿う拡散率が高いからである。換言すれば、βSn粒子の[001]方向を基板の面に平行するようにすることにより、電子移動を最小化することが出来る。   In the case of the electron transfer capability, the electron transfer is very good in the solder joint in which the [001] direction of the βSn particles is substantially parallel to the current direction, that is, the direction perpendicular to the plane of the substrate. This is because the diffusivity along the [001] direction (c-axis) of solute atoms such as Cu, Ni, Ag, or Au is high. In other words, electron movement can be minimized by making the [001] direction of βSn particles parallel to the surface of the substrate.

熱サイクル能力に対するβSn粒子配向の影響は、はんだ継手の応力状態、形状を含む因子に左右される。せん断疲労において、[001]方向を基板の面に有し、且つせん断方向に対して略35〜65°に配向されたβSnを有するはんだ継手は、疲労損傷の影響を受け難いことが報告されている。   The influence of βSn particle orientation on the heat cycle capability depends on factors including the stress state and shape of the solder joint. In shear fatigue, it has been reported that a solder joint having βSn having a [001] direction on the surface of the substrate and oriented at approximately 35 to 65 ° with respect to the shear direction is less susceptible to fatigue damage. Yes.

一方、特許文献1においては、製造工程における焼鈍雰囲気あるいは焼鈍後の酸洗方法を適宜選択し、かつ表面において圧延方向に直角な方向にて測定した結晶粒径が30μm以下となるようにすることにより、その表面をX線光電子分光法によって測定したときの定量分析のピ−クエリア面積比のSn3d/Cu2p比が0.3以下である、はんだ付け性に優れたSn含有銅合金材料を得ることについて開示されている。   On the other hand, in Patent Document 1, the annealing atmosphere in the manufacturing process or the pickling method after annealing is appropriately selected, and the crystal grain size measured in the direction perpendicular to the rolling direction on the surface is 30 μm or less. To obtain a Sn-containing copper alloy material having an excellent solderability, in which the Sn3d / Cu2p ratio of the peak area ratio of quantitative analysis when the surface is measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.3 or less Is disclosed.

特開2000−144285号公報JP 2000-144285 A

以上のように、はんだ継手の特性の決定において、βSn粒子の配向が重要な役割を果たしているにも関わらず、はんだ接合の際に形成されるβSn粒子の配向を制御すること、及び、βSn粒子の構造を制御することについては工夫されていなかった。これらについては、特許文献1のSn含有銅合金材料に係る技術においても、開示も工夫もされていない。   As described above, it is possible to control the orientation of βSn particles formed at the time of solder joining, and the βSn particles, although the orientation of βSn particles plays an important role in determining the characteristics of solder joints. It was not devised to control the structure. These are neither disclosed nor devised in the technology relating to the Sn-containing copper alloy material of Patent Document 1.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、希望する特定の方向にβSn粒子が配向され、かつβSn粒子が希望する構造を有するはんだ継手と、該はんだ継手に係る接合方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a solder joint in which βSn particles are oriented in a desired specific direction and the βSn particles have a desired structure, and the solder. It is providing the joining method which concerns on a coupling.

本発明に係るはんだ継手は、Snを含む鉛フリーはんだ合金を用いて少なくとも2つの被接合部材を接合させたはんだ継手において、前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分は、はんだ付けの際に形成された金属間化合物の層と、前記金属間化合物の層に接合された金属間化合物の核生成粒子と、[100]又は[010]方向が前記金属間化合物の層の厚み方向と交差し、[001]方向が前記被接合部材の接合面と略平行するように結晶配向された単粒βSnとを含むことを特徴とする。   The solder joint according to the present invention is a solder joint in which at least two members to be joined are joined using a lead-free solder alloy containing Sn, and the solder portion related to the lead-free solder alloy is formed during soldering. The intermetallic compound layer, the intermetallic compound nucleation particles bonded to the intermetallic compound layer, and the [100] or [010] direction intersects the thickness direction of the intermetallic compound layer, And a single grain βSn crystallized so that the direction is substantially parallel to the joining surface of the member to be joined.

本発明に係るはんだ継手は、前記単粒βSnはその[001]方向が前記被接合部材の面と略平行するように配向されていることを特徴とする。   The solder joint according to the present invention is characterized in that the single grain βSn is oriented so that its [001] direction is substantially parallel to the surface of the member to be joined.

本発明に係るはんだ継手は、前記金属間化合物の核生成粒子は、PtSn、PdSn、βIrSn又はαCoSnのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする。 In the solder joint according to the present invention, the nucleation particles of the intermetallic compound include at least one of PtSn 4 , PdSn 4 , βIrSn 4, and αCoSn 3 .

本発明に係るはんだ継手は、αCoSnの金属間化合物に対しては、核生成粒子の最小寸法は、幅(図1の最長寸法)が25μmで、厚みが0.2μm(交差方向において)である。最大寸法は、被接合部材の面(例えば、図2の銅基板)より小さくしないといけない。 In the solder joint according to the present invention, for the αCoSn 3 intermetallic compound, the minimum dimension of the nucleation particles is 25 μm in width (longest dimension in FIG. 1) and 0.2 μm in thickness (in the cross direction). is there. The maximum dimension must be smaller than the surface of the member to be joined (for example, the copper substrate in FIG. 2).

本発明に係るはんだ継手は、PtSn、PdSn、又はβIrSnの金属間化合物に対しては、核生成粒子の最小寸法は、幅(図1の最長寸法)が10μmで、厚みが0.2μm(交差方向において)である。最大寸法は、被接合部材の面(例えば、図2の銅基板)より小さくしないといけない。 In the solder joint according to the present invention, the minimum dimension of the nucleation particles is 10 μm for the PtSn 4 , PdSn 4 , or βIrSn 4 intermetallic compound, and the thickness is 0.1 μm. 2 μm (in the cross direction). The maximum dimension must be smaller than the surface of the member to be joined (for example, the copper substrate in FIG. 2).

本発明に係るはんだ継手は、前記被接合部材は板形状であり、前記核生成粒子の最大サイズは 前記被接合部材の前記接合面のサイズと同じであることを特徴とする。   In the solder joint according to the present invention, the member to be joined has a plate shape, and the maximum size of the nucleation particles is the same as the size of the joining surface of the member to be joined.

本発明に係るはんだ継手は、前記金属間化合物の層は何れかの被接合部材と前記はんだ部分との接合界面に形成されていることを特徴とする。   The solder joint according to the present invention is characterized in that the intermetallic compound layer is formed at a joint interface between any of the members to be joined and the solder portion.

本発明に係る接合方法は、少なくとも2つの被接合部材に対してSnを含む鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けを行い、前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分によって前記2つの被接合部材が接合される接合方法において、前記はんだ部分を形成すべき箇所に金属間化合物の結晶を配置する配置ステップと、前記はんだ部分が前記金属間化合物の結晶を含むように、前記はんだ付けを行うはんだ付けステップとを含むことを特徴とする。   In the joining method according to the present invention, at least two to-be-joined members are soldered using a lead-free solder alloy containing Sn, and the two to-be-joined members are joined by a solder portion related to the lead-free solder alloy. In the joining method, an arrangement step of arranging an intermetallic compound crystal at a place where the solder portion is to be formed, and a soldering step of performing the soldering so that the solder portion includes the crystal of the intermetallic compound. It is characterized by including.

本発明に係る接合方法は、前記配置ステップは、前記金属間化合物の結晶の最も大きいファセット面が特定方向になるように、前記金属間化合物の結晶を何れかの被接合部材に固定するステップを含むことを特徴とする。   In the bonding method according to the present invention, the arranging step includes a step of fixing the intermetallic compound crystal to any member to be bonded so that the largest facet surface of the intermetallic compound crystal is in a specific direction. It is characterized by including.

本発明に係る接合方法は、前記配置ステップは、前記何れかの被接合部材において前記金属間化合物の結晶を固定すべき箇所にSn被覆を行うステップを含み、前記金属間化合物の結晶は被覆されたSn上に固定されることを特徴とする。   In the joining method according to the present invention, the arranging step includes a step of performing Sn coating on a place where the crystal of the intermetallic compound is to be fixed in any of the members to be joined, and the crystal of the intermetallic compound is coated. It is fixed on Sn.

本発明に係る接合方法は、過度液相接合法によって、前記金属間化合物の結晶はSnで被覆された箇所の上に固定されることを特徴とする。   The bonding method according to the present invention is characterized in that the crystals of the intermetallic compound are fixed on a portion covered with Sn by an excessive liquid phase bonding method.

本発明に係る接合方法は、前記はんだ付けステップでは、リフロー法が用いられることを特徴とする。   The joining method according to the present invention is characterized in that a reflow method is used in the soldering step.

本発明に係る接合方法は、前記金属間化合物の結晶は矩形の板状をなすことを特徴とする。   The bonding method according to the present invention is characterized in that the crystals of the intermetallic compound have a rectangular plate shape.

本発明に係る接合方法は、前記金属間化合物は、PtSn、PdSn、βIrSn又はαCoSnのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする。 The bonding method according to the present invention is characterized in that the intermetallic compound includes at least one of PtSn 4 , PdSn 4 , βIrSn 4, and αCoSn 3 .

本発明によれば、必要に応じて、特定の方向にβSn粒子を配向させ、かつβSn粒子に希望する構造をもたらすことが出来る。   According to the present invention, if necessary, the βSn particles can be oriented in a specific direction, and a desired structure can be obtained in the βSn particles.

抽出された核生成粒子の一例を示す。An example of the extracted nucleation particle is shown. 本実施の形態に係る接合方法を用いて、本実施の形態に係るはんだ継手を製造する工程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the process of manufacturing the solder joint which concerns on this Embodiment using the joining method which concerns on this Embodiment. 核生成粒子が固定された銅基板にはんだ付けが行われた場合における、銅基板と核生成粒子との間を拡大した拡大写真である。It is the enlarged photograph which expanded between the copper substrate and the nucleation particle in case soldering was performed to the copper substrate to which the nucleation particle was fixed. 核生成粒子にPtSnを用いた場合における、はんだ継手を反射電子像及び電子線後方散乱回折法(EBSD)によって分析した結果である。In the case of using the PtSn 4 nucleation particles, a result of analysis by the reflection of the solder joints electron image and the electron backscatter diffraction (EBSD). 核生成粒子としてPtSn、βIrSn及びαCoSnを用いた場合における、はんだ継手を電子線後方散乱回折法によって分析した結果である。PtSn 4 as nucleating particles, in the case of using the BetaIrSn 4 and ArufaCoSn 3, the results of the analysis of the solder joints by electron backscatter diffraction. 本実施の形態に係る接合方法にて製造された、本実施の形態に係るはんだ継手の一例を示す。An example of the solder joint according to the present embodiment manufactured by the joining method according to the present embodiment will be shown. 核生成粒子の寸法がβSnの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた結果である。It is the result of investigating the influence which the dimension of a nucleation particle has on the control of nucleation and crystal orientation of βSn. はんだ付けの数がβSnの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた結果である。It is the result of investigating the influence which the number of soldering has on the control of nucleation and crystal orientation of βSn. はんだ付けの数がβSnの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた他の結果である。It is the other result which investigated the influence which the number of soldering has on control of the nucleation of βSn, and crystal orientation. 本実施の形態に係るはんだ継手に核生成粒子としてαCoSnが用いられ、鉛フリーはんだ合金としてSn‐3.5Ag合金が用いられた場合、はんだ継手を電子線後方散乱回折法によって分析した結果である。When αCoSn 3 is used as the nucleation particles in the solder joint according to the present embodiment and Sn-3.5Ag alloy is used as the lead-free solder alloy, the result of analyzing the solder joint by the electron beam backscatter diffraction method is there. 本実施の形態に係るはんだ継手に核生成粒子としてαCoSnが用いられ、鉛フリーはんだ合金としてSn‐0.7Cu‐0.05Ni‐Ge合金が用いられた場合、はんだ継手を電子線後方散乱回折法によって分析した結果である。When αCoSn 3 is used as the nucleation particles in the solder joint according to the present embodiment and Sn-0.7Cu-0.05Ni-Ge alloy is used as the lead-free solder alloy, the solder joint is subjected to electron beam backscatter diffraction. It is the result analyzed by the law.

Snを含む鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けを行う際に形成されるβSnと比較的に良好な格子整合性を有する結晶はβSnの結晶成長に重要な役割を成し得ると期待されていた。すなわち、斯かる結晶がいわゆる種となり、その上でβSn結晶が成長すると考えられている。詳しいメカニズムは、これら結晶の最も大きいファセット面の上でβSnの(100)面が特定の配向関係にて核を形成する。ここでファセット面とは、結晶における扁平表面を指す。   A crystal having relatively good lattice matching with βSn formed when soldering using a lead-free solder alloy containing Sn was expected to play an important role in crystal growth of βSn. . That is, it is considered that such a crystal becomes a so-called seed, on which a βSn crystal grows. The detailed mechanism is that the (100) plane of βSn nucleates in a specific orientation on the largest facet plane of these crystals. Here, the facet plane refers to a flat surface in the crystal.

以上のような事実に基づいて本実施の形態においては、はんだ継手におけるβSnの核生成及び配向の制御を試みた。   Based on the above facts, in the present embodiment, an attempt was made to control βSn nucleation and orientation in a solder joint.

格子整合分析に基づく考察の結果、上述したように、βSnの核生成及び配向に用いられる結晶(以下、核生成粒子と言う。)としては、PtSn、PdSn、βIrSn又はαCoSnのような金属間化合物が考えられた。 As a result of consideration based on lattice matching analysis, as described above, crystals used for nucleation and orientation of βSn (hereinafter referred to as nucleation particles) are PtSn 4 , PdSn 4 , βIrSn 4, and αCoSn 3 . New intermetallic compounds were considered.

これら金属間化合物の核生成粒子の生成方法について説明する。
モールド内で、過共晶のSn‐Pt、Sn‐Pd、Sn‐Ir、又はSn‐Co合金を凝固する一連の処理で希望の核生成面をファセット面として成長させる。次いで、蒸留水にo−ニトロフェノール及び水酸化ナトリウムを加えた溶液中又は塩酸の溶液中で、βSnを除去することによって、金属間化合物の核生成粒子単結晶を抽出する。
A method for producing nucleation particles of these intermetallic compounds will be described.
In a mold, a desired nucleation surface is grown as a facet by a series of processes for solidifying a hypereutectic Sn—Pt, Sn—Pd, Sn—Ir, or Sn—Co alloy. Next, nucleation particle single crystals of intermetallic compounds are extracted by removing βSn in a solution obtained by adding o-nitrophenol and sodium hydroxide to distilled water or in a solution of hydrochloric acid.

図1は抽出された核生成粒子の一例を示す。上述した方法によって成長された核生成粒子の殆どは略矩形であり、形成された最も大きいファセット面がβSnの核生成する希望の面である。図1に示しているように、核生成粒子は1μm〜200μmの幅まで成長している。   FIG. 1 shows an example of extracted nucleation particles. Most of the nucleation particles grown by the above-described method are substantially rectangular, and the largest facet formed is the desired surface for nucleating βSn. As shown in FIG. 1, the nucleation particles have grown to a width of 1 μm to 200 μm.

以下においては、上述した金属間化合物の核生成粒子を用いて、本実施の形態に係るはんだ継手を製造する方法について説明する。便宜上、2枚の銅基板を、Snを含む鉛フリーはんだ合金を用いて接合する場合を例に挙げて説明する。例えば、斯かる鉛フリーはんだ合金はSn‐3Ag‐0.5Cu合金である。図2は本実施の形態に係る接合方法を用いて、本実施の形態に係るはんだ継手10を製造する工程を説明する説明図である。   Hereinafter, a method for manufacturing the solder joint according to the present embodiment using the nucleation particles of the intermetallic compound described above will be described. For convenience, a case where two copper substrates are joined using a lead-free solder alloy containing Sn will be described as an example. For example, such a lead-free solder alloy is a Sn-3Ag-0.5Cu alloy. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a process of manufacturing the solder joint 10 according to the present embodiment using the joining method according to the present embodiment.

まず、何れか一方の銅基板2において、はんだ付けが行われるべき箇所、特に後述するように核生成粒子4を固定すべき箇所をSnで被覆する。例えば、Snの被覆層3の厚みは略1μmである。   First, in any one of the copper substrates 2, a portion where soldering is to be performed, particularly a portion where the nucleation particles 4 are to be fixed, as described later, is covered with Sn. For example, the thickness of the Sn coating layer 3 is approximately 1 μm.

被覆されたSnの上に、少なくとも何れか一つの核生成粒子4を固定する。詳しくは、Snの被覆層3の上に核生成粒子4を載置し、過度液相接合法を用いて固定する。過度液相接合法は240℃〜300℃の温度で、5〜180分間行われる。   At least any one nucleation particle 4 is fixed on the coated Sn. Specifically, the nucleation particles 4 are placed on the Sn coating layer 3 and fixed using an excessive liquid phase bonding method. The excessive liquid phase bonding method is performed at a temperature of 240 ° C. to 300 ° C. for 5 to 180 minutes.

この際、金属間化合物の核生成粒子4の最も大きいファセット面が斯かる銅基板2においてはんだ付けされる面21(接合面)と平行するように載置する。これによって、はんだ付けの際に生成されるβSnは、その[001]方向が核生成粒子4のファセット面に対して平行するように、換言すれば、銅基板2の面21と略平行な方向に核生成されて結晶成長していく。すなわち、βSnは[100]又は[010]が金属間化合物の層(図2参照)の厚み方向と交差するように核生成されて結晶成長していく。   At this time, it is placed so that the largest faceted surface of the nucleation particles 4 of the intermetallic compound is parallel to the surface 21 (joint surface) to be soldered on the copper substrate 2. As a result, βSn generated during soldering is such that its [001] direction is parallel to the facet surface of the nucleation particle 4, in other words, a direction substantially parallel to the surface 21 of the copper substrate 2. Nucleated to grow crystals. That is, βSn nucleates and grows so that [100] or [010] intersects the thickness direction of the intermetallic compound layer (see FIG. 2).

以上においては、核生成粒子4のファセット面が銅基板2の面21と平行するように載置する場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限るものでない。必要に応じて、すなわち、希望するβSnの核生成及び結晶成長の方向に応じて、核生成粒子4のファセット面の配置を適宜調整しても良い。   In the above, the case where the nucleation particle 4 is placed so that the facet surface of the nucleation particle 4 is parallel to the surface 21 of the copper substrate 2 has been described as an example, but the present embodiment is not limited to this. If necessary, that is, depending on the desired βSn nucleation and crystal growth directions, the arrangement of the facet planes of the nucleation particles 4 may be appropriately adjusted.

続いて、核生成粒子4が固定された銅基板2の面21上にSn‐3Ag‐0.5Cu合金を用いてはんだ付けを行い、直径600μm程度のはんだボール(はんだ部分)1が形成される。この際、核生成粒子4ははんだボール1内に含まれ、はんだボール1はβSn相を含む。斯かるはんだ付けは、例えばリフロー法を用いる。   Subsequently, soldering is performed on the surface 21 of the copper substrate 2 on which the nucleation particles 4 are fixed using an Sn-3Ag-0.5Cu alloy, and a solder ball (solder portion) 1 having a diameter of about 600 μm is formed. . At this time, the nucleation particles 4 are contained in the solder balls 1 and the solder balls 1 contain a βSn phase. Such soldering uses, for example, a reflow method.

図3は核生成粒子4が固定された銅基板2にはんだ付けが行われた場合における、銅基板2と核生成粒子4との間を拡大した拡大写真である。詳しくは、図3は、図2の丸い点線部分の拡大写真である。図3の(a)、(b)、(c)は、核生成粒子4が夫々αCoSn、PtSn及びβIrSnである場合を示す。図2及び図3から分かるように、核生成粒子4に係る層がはんだボール1(βSn)と銅基板2との接合界面に形成されている。また、銅基板2と核生成粒子4との間には、CuSn及びCuSnの金属間化合物の層が生成されている。CuSn及びCuSnの金属間化合物の層ははんだ付けの際に生成された金属間化合物の層である。 FIG. 3 is an enlarged photograph in which the space between the copper substrate 2 and the nucleation particles 4 is enlarged when the copper substrate 2 to which the nucleation particles 4 are fixed is soldered. Specifically, FIG. 3 is an enlarged photograph of the round dotted line portion of FIG. 3A, 3B, and 3C show cases where the nucleation particles 4 are αCoSn 3 , PtSn 4, and βIrSn 4 , respectively. As can be seen from FIGS. 2 and 3, a layer related to the nucleation particles 4 is formed at the bonding interface between the solder balls 1 (βSn) and the copper substrate 2. Further, a layer of intermetallic compounds of Cu 3 Sn and Cu 6 Sn 5 is generated between the copper substrate 2 and the nucleation particles 4. The intermetallic compound layer of Cu 3 Sn and Cu 6 Sn 5 is a layer of intermetallic compound produced during soldering.

以後、他方の銅基板2をはんだボール1と接合させるために、再びリフロー法を用いたはんだ付けが行われる。これによって、はんだボール1を介して2つの銅基板2が接合され、本実施の形態に係るはんだ継手が製造される。   Thereafter, in order to join the other copper substrate 2 to the solder ball 1, soldering using the reflow method is performed again. Thus, the two copper substrates 2 are joined via the solder balls 1, and the solder joint according to the present embodiment is manufactured.

以上においては、核生成粒子4の固定には過度液相接合法を用い、はんだ付けにはリフロー法を用いる場合を例として説明したが、これに限るものでなく、他の方法用いても良い。   In the above, the case where the excessive liquid phase bonding method is used for fixing the nucleation particles 4 and the reflow method is used for soldering has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and other methods may be used. .

このように製造されたはんだ継手10の微細構造を観察した。図4は核生成粒子4にPtSnを用いた場合における、はんだ継手10を反射電子像及び電子線後方散乱回折法(EBSD)によって分析した結果である。(a)はEBSDによるマッピング像であり、(b)〜(d)ははんだボール1の微細構造を示しており、(e)〜(h)は夫々βSn、PtSn、CuSn及び銅基板2(Cu)のZ方向に対するEBSDのIPF(Inverse Pole Figure)マップである。 The microstructure of the solder joint 10 manufactured in this way was observed. FIG. 4 shows the result of analyzing the solder joint 10 by the backscattered electron image and electron beam backscatter diffraction method (EBSD) when PtSn 4 is used for the nucleation particles 4. (A) is a mapping image by EBSD, (b) to (d) show the fine structure of the solder ball 1, and (e) to (h) are βSn, PtSn 4 , Cu 6 Sn 5 and copper, respectively. It is an IPF (Inverse Pole Figure) map of EBSD with respect to the Z direction of the board | substrate 2 (Cu).

図4の(a)は4つの相(βSn、PtSn、CuSn及びCu)の分布を、夫々緑色、赤色、青色、黄色にて示している。図4の(b)〜(d)からはんだボール1内にはβSnデンドライト相が形成されており、デンドライトアーム間にはβSn、AgSn、CuSnの共晶混合物が形成されている。また、図4の(e)〜(h)は結晶の配向を色で表している。 FIG. 4 (a) shows the distribution of four phases (βSn, PtSn 4 , Cu 6 Sn 5 and Cu) in green, red, blue and yellow, respectively. 4B to 4D, a βSn dendrite phase is formed in the solder ball 1, and a eutectic mixture of βSn, Ag 3 Sn, and Cu 6 Sn 5 is formed between the dendrite arms. . Also, (e) to (h) in FIG. 4 represent the crystal orientation in color.

図4の(e)においてはんだボール1は緑色の単色を示しており、βSnがZ方向にて<100>方向(すなわち、銅基板2に垂直方向)に配向された単結晶であることを表している。従って、βSnの[001]方向は銅基板2の面21に平行である。   In FIG. 4 (e), the solder ball 1 shows a green single color, and βSn is a single crystal oriented in the <100> direction (that is, the direction perpendicular to the copper substrate 2) in the Z direction. ing. Accordingly, the [001] direction of βSn is parallel to the surface 21 of the copper substrate 2.

また、図4の(e)〜(f)から、βSnの[100]方向とPtSnの[001]方向とが平行しており(□印参照)、βSnの[010]方向とPtSnの[010]方向とが平行しており(○印参照)、βSnの[001]方向とPtSnの[100]方向とが平行していることが分かる(△印参照)。このようなことから、βSn粒子はPtSn結晶から結晶配向を受け継いでいるように見られる。 Also, from (e) to (f) of FIG. 4, the [100] direction of βSn and the [001] direction of PtSn 4 are parallel (see □), and the [010] direction of βSn and the PtSn 4 It can be seen that the [010] direction is parallel (see the circles), and the [001] direction of βSn and the [100] direction of PtSn 4 are parallel (see the triangles). For this reason, βSn particles appear to inherit crystal orientation from PtSn 4 crystals.

更に、このような構造は、電子移動損傷を最も少なくする構造として報告されている。   Furthermore, such a structure has been reported as a structure that minimizes electron transfer damage.

核生成粒子4としてPtSnでなくβIrSn又はαCoSnを用いた場合においても、図4の場合と同様の結果が得られた。図5は核生成粒子4としてPtSn、βIrSn及びαCoSnを用いた場合における、はんだボール1と銅基板2とを含むはんだ継手10を電子線後方散乱回折法によって分析した結果である。鉛フリーはんだ合金としてはSn‐3Ag‐0.5Cu合金が用いられている。 In the case of using the BetaIrSn 4 or ArufaCoSn 3 not PtSn 4 as nucleating particles 4, the same results as in FIG. 4 were obtained. FIG. 5 shows the result of analyzing the solder joint 10 including the solder ball 1 and the copper substrate 2 by the electron beam backscatter diffraction method when PtSn 4 , βIrSn 4 and αCoSn 3 are used as the nucleation particles 4. Sn-3Ag-0.5Cu alloy is used as the lead-free solder alloy.

図5の(a)〜(c)は夫々核生成粒子4がPtSn、βIrSn及びαCoSnである場合におけるβSnのマッピング像であり、図5の(d)はβSnの結晶配向を定量的にまとめたものである。 (A) to (c) in FIG. 5 are mapping images of βSn when the nucleation particles 4 are PtSn 4 , βIrSn 4 and αCoSn 3 , respectively, and (d) in FIG. 5 quantifies the crystal orientation of βSn. Are summarized in

図5の(a)〜(c)から、全てのはんだボール1は一つのβSn結晶配向(緑色)を表している。すなわち、βSnはZ方向に沿って<100>方向に配向されている。   5A to 5C, all the solder balls 1 represent one βSn crystal orientation (green). That is, βSn is oriented in the <100> direction along the Z direction.

また、図5の(d)から、全てのはんだボール1がX‐Y面、すなわち、銅基板2の面21に<001>方向を有すると共に、全てのはんだボール1において<100>方向中の一つの方向がZ方向、すなわち、銅基板2に垂直方向に存在する。   5D, all the solder balls 1 have the <001> direction on the XY plane, that is, the surface 21 of the copper substrate 2, and all the solder balls 1 are in the <100> direction. One direction exists in the Z direction, that is, in the direction perpendicular to the copper substrate 2.

更に、図5の(d)は、全てのはんだボール1が、X‐Y面、すなわち、銅基板2の面21に対して15°以内に[001]方向を有することが分かる。   Further, FIG. 5D shows that all the solder balls 1 have the [001] direction within 15 ° with respect to the XY plane, that is, the plane 21 of the copper substrate 2.

以上のことから、はんだ付けの際に生成されるβSnの核生成及び結晶配向は、核生成粒子4の最も大きいファセット面に沿って行われることが分かる。換言すれば、核生成粒子4のファセット面の配置を制御することにより、βSnの核生成及び結晶配向を制御することができる。また、βSnを選択的に単結晶又は多結晶にすることもできる。   From the above, it can be seen that nucleation and crystal orientation of βSn generated during soldering are performed along the largest facet plane of the nucleation particles 4. In other words, βSn nucleation and crystal orientation can be controlled by controlling the arrangement of the facet surfaces of the nucleation particles 4. In addition, βSn can be selectively made into a single crystal or a polycrystal.

ひいては、βSnの核生成及び結晶配向を制御できるので、はんだ継手の特性(例えば、熱サイクル能力、せん断疲労寿命及び電子移動能力等)を、その用途に応じて制御することが出来る。   As a result, since the nucleation and crystal orientation of βSn can be controlled, the characteristics (for example, thermal cycle capability, shear fatigue life, electron transfer capability, etc.) of the solder joint can be controlled according to the application.

図6は本実施の形態に係る接合方法にて製造された、本実施の形態に係るはんだ継手10の一例を示す。斯かるはんだ継手10においては、核生成粒子4としてαCoSnが用いられており、その用途に応じてβSnの核生成及び結晶配向が制御されている。また、鉛フリーはんだ合金としてはSn‐3Ag‐0.5Cu合金が用いられている。 FIG. 6 shows an example of the solder joint 10 according to the present embodiment manufactured by the joining method according to the present embodiment. In such a solder joint 10, αCoSn 3 is used as the nucleation particle 4, and βSn nucleation and crystal orientation are controlled in accordance with the application. Moreover, Sn-3Ag-0.5Cu alloy is used as a lead-free solder alloy.

図6の(a)は、4つの銅基板2上に核生成粒子4が固定されている状態を示している。また、図6の(b)ははんだ付け後における、4つのはんだ継手10の微細構造を示している。また、図6の(c)は前記4つのはんだ継手10を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、X方向及びY方向におけるβSnのマッピング像である。更に、図6の(d)は(c)に対応する結晶方位マップである。   FIG. 6A shows a state in which the nucleation particles 4 are fixed on the four copper substrates 2. FIG. 6B shows the microstructure of the four solder joints 10 after soldering. FIG. 6C shows the result of analyzing the four solder joints 10 by electron beam backscatter diffraction, and is a mapping image of βSn in the X and Y directions. Furthermore, (d) of FIG. 6 is a crystal orientation map corresponding to (c).

図6に係る本実施の形態の接合方法(はんだ継手)では、各核生成粒子4は、夫々のc/b軸が、X‐Y面上であって、X方向に対して約45°に位置されるように固定されている(図6の(a)参照)。   In the joining method (solder joint) of the present embodiment according to FIG. 6, each nucleation particle 4 has each c / b axis on the XY plane and at about 45 ° with respect to the X direction. It is fixed so as to be positioned (see FIG. 6A).

その結果、図6の(c)及び(d)から分かるように、4つの全てのはんだ継手10(はんだボール1)において、βSnは、c軸([001]方向)が銅基板2の面21上に、かつ、主なせん断方向(X方向)に対して約45°に位置している。このような構造は、最も長いせん断疲労寿命が得られる構造として報告されている(図6の(d)における赤い領域参照)。   As a result, as can be seen from FIGS. 6C and 6D, in all four solder joints 10 (solder balls 1), βSn has a c-axis ([001] direction) on the surface 21 of the copper substrate 2. It is located about 45 ° above and with respect to the main shear direction (X direction). Such a structure has been reported as a structure that provides the longest shear fatigue life (see the red region in FIG. 6D).

すなわち、核生成粒子4(ファセット面)の配置を制御することによって、βSnの[001]方向を制御し、斯かるはんだ継手10(はんだボール1)に最も長いせん断疲労寿命をもたらせることができた。   That is, by controlling the arrangement of the nucleation particles 4 (facet surfaces), the [001] direction of βSn can be controlled, and the solder joint 10 (solder ball 1) can be provided with the longest shear fatigue life. did it.

図2においては、2つの銅基板2のうち、下側の銅基板2に核生成粒子4を固定する場合を例に挙げているが、本実施の形態はこれに限るものでない。上側の銅基板2に核生成粒子4を固定しても同じ効果を得ることは言うまでもない。   In FIG. 2, although the case where the nucleation particle | grains 4 are fixed to the lower copper substrate 2 among the two copper substrates 2 is mentioned as an example, this Embodiment is not restricted to this. Needless to say, the same effect can be obtained even if the nucleation particles 4 are fixed to the upper copper substrate 2.

βSnの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす核生成粒子4の寸法の影響について調べた。図7は核生成粒子4の寸法がβSnの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた結果である。図7の(a)〜(d)は核生成粒子4としてαCoSnを用いた場合において、銅基板2上に核生成粒子4が固定されている状態を示している。また、図7の(e)〜(h)は、(a)〜(d)に係るはんだ継手10を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、Z方向におけるβSnのマッピング像である。鉛フリーはんだ合金としてはSn‐3Ag‐0.5Cu合金が用いられている。 The influence of the size of the nucleation particles 4 on the control of nucleation and crystal orientation of βSn was investigated. FIG. 7 shows the results of examining the influence of the size of the nucleation particles 4 on the control of βSn nucleation and crystal orientation. 7A to 7D show a state where the nucleation particles 4 are fixed on the copper substrate 2 when αCoSn 3 is used as the nucleation particles 4. Moreover, (e)-(h) of FIG. 7 is the result of having analyzed the solder joint 10 which concerns on (a)-(d) by the electron beam backscattering diffraction method, and is a mapping image of (beta) Sn in a Z direction. Sn-3Ag-0.5Cu alloy is used as the lead-free solder alloy.

核生成粒子4としてαCoSnを用いた場合は、核生成粒子4の寸法が幅(最長寸法)25μm以下である場合は、βSnの核生成及び結晶配向の制御はできなくなることが分かった(図7の(d)及び(h)参照)。 When αCoSn 3 was used as the nucleation particle 4, it was found that if the size of the nucleation particle 4 was 25 μm or less in width (the longest dimension), βSn nucleation and crystal orientation could not be controlled (FIG. 7 (d) and (h)).

より詳しくは、核生成粒子4としてαCoSn用いた場合、核生成粒子4の最小寸法は、幅(銅基板2の面21に沿う方向の最長寸法)が25μmで、厚みが0.2μm(交差方向において)である(図1参照)。この際、核生成粒子4の最大サイズは、銅基板2の面21のサイズと同じである。 More specifically, when αCoSn 3 is used as the nucleation particle 4, the minimum dimension of the nucleation particle 4 is 25 μm in width (longest dimension in the direction along the surface 21 of the copper substrate 2) and 0.2 μm in thickness (crossing). In the direction) (see FIG. 1). At this time, the maximum size of the nucleation particles 4 is the same as the size of the surface 21 of the copper substrate 2.

また、図7の(i)、(j)は核生成粒子4としてPtSnを用いた場合におけるはんだ継手10を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、βSnのマッピング像である。この際、PtSnの寸法は幅(最長寸法)10〜20μmであり、βSnの核生成及び結晶配向の制御が有効に可能であった。 7 (i) and (j) are the results of analyzing the solder joint 10 by the electron beam backscatter diffraction method when PtSn 4 is used as the nucleation particles 4, and are mapping images of βSn. At this time, the dimension of PtSn 4 was 10 to 20 μm in width (longest dimension), and βSn nucleation and control of crystal orientation could be effectively performed.

より詳しくは、核生成粒子4としてPtSn、PdSn、又はβIrSnを用いた場合、核生成粒子4の最小寸法は、幅(銅基板2の面21に沿う方向の最長寸法)が10μmで、厚みが0.2μm(交差方向において)である(図1参照)。この際、核生成粒子4の最大サイズは、銅基板2の面21のサイズと同じである。 More specifically, when PtSn 4 , PdSn 4 , or βIrSn 4 is used as the nucleation particle 4, the minimum dimension of the nucleation particle 4 is 10 μm in width (longest dimension in the direction along the surface 21 of the copper substrate 2). The thickness is 0.2 μm (in the crossing direction) (see FIG. 1). At this time, the maximum size of the nucleation particles 4 is the same as the size of the surface 21 of the copper substrate 2.

αCoSnは核生成粒子4のうち最も早い速度で銅及び液相と反応して(Cu、Co)Snを形成する。また、αCoSn付近の(Cu、Co)Sn層はαCoSnと液相との接触を防止する。従って、核生成粒子4としてαCoSnを用いた場合は、はんだ付け(リフロー法)回数がβSnの核生成及び結晶配向の制御に影響を及ぼすことがあり得る。 αCoSn 3 reacts with copper and the liquid phase at the fastest rate among the nucleation particles 4 to form (Cu, Co) 6 Sn 5 . In addition, the (Cu, Co) 6 Sn 5 layer near αCoSn 3 prevents contact between αCoSn 3 and the liquid phase. Therefore, when αCoSn 3 is used as the nucleation particles 4, the number of soldering (reflow methods) may affect the control of nucleation and crystal orientation of βSn.

図8ははんだ付けの数がβSnの核生成及び結晶配向の制御に及ぼす影響を調べた結果である。核生成粒子4としてαCoSnが用いられ、リフロー法によるはんだ付けが行われた。図8の(a)、(b)と、図8の(c)、(d)とは、夫々はんだ付けが2回及び5回行われた場合におけるはんだ継手10を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、Z方向におけるβSnのマッピング像である。また、図8の(e)は(a)〜(d)をまとめたものである。鉛フリーはんだ合金としてはSn‐3Ag‐0.5Cu合金が用いられている。 FIG. 8 shows the results of examining the influence of the number of soldering on the control of βSn nucleation and crystal orientation. ΑCoSn 3 was used as the nucleation particles 4 and soldering was performed by a reflow method. 8 (a) and 8 (b) and FIGS. 8 (c) and 8 (d) show the solder joint 10 when the soldering is performed twice and five times, respectively, by the electron beam backscatter diffraction method. It is the result of analysis, and is a mapping image of βSn in the Z direction. Also, (e) in FIG. 8 summarizes (a) to (d). Sn-3Ag-0.5Cu alloy is used as the lead-free solder alloy.

核生成粒子4としてαCoSnを用いた際には、2回のリフロー法によるはんだ付けの場合、βSnの核生成及び結晶配向の制御が100%有効であった(図8の(a)、(b)、(e)参照)。しかし、5回のリフロー法によるはんだ付けの場合、βSnの核生成及び結晶配向の制御は50%しかできなかった(図8の(c)、(d)、(e)参照)。 When αCoSn 3 was used as the nucleation particle 4, the control of βSn nucleation and crystal orientation was 100% effective in the case of soldering by two reflow methods ((a), ( b), see (e)). However, in the case of soldering by the reflow method 5 times, the nucleation of βSn and the control of the crystal orientation could be controlled only by 50% (see (c), (d), and (e) of FIG. 8).

一方、核生成粒子4としてPtSn又はβIrSnを用いた際には、図9に示しているように、10回以上のリフロー法によるはんだ付けの場合でも、βSnの核生成及び結晶配向の制御が100%有効であった。図9において、鉛フリーはんだ合金としてはSn‐3Ag‐0.5Cu合金が用いられている。 On the other hand, when PtSn 4 or βIrSn 4 is used as the nucleation particle 4, as shown in FIG. 9, control of βSn nucleation and crystal orientation even in the case of soldering by the reflow method 10 times or more. Was 100% effective. In FIG. 9, Sn-3Ag-0.5Cu alloy is used as the lead-free solder alloy.

また、銅基板2が停止している状態でリフロー法によるはんだ付けが行われた場合と、対流オーブン内で銅基板2を移動させながらリフロー法によるはんだ付けが行われた場合とでは、βSnの核生成及び結晶配向の制御に違いは見られなかった。   Further, when the soldering by the reflow method is performed while the copper substrate 2 is stopped, and when the soldering by the reflow method is performed while moving the copper substrate 2 in the convection oven, βSn There was no difference in the control of nucleation and crystal orientation.

以上においては、鉛フリーはんだ合金としてはSn‐3Ag‐0.5Cu合金が用いられた場合を例として説明したが、本実施の形態はこれに限るものでない。例えば、鉛フリーはんだ合金としてはSn‐3.5Ag合金であっても良く、Sn‐0.7Cu‐0.05Ni‐Ge合金であっても良い。   In the above, the case where the Sn-3Ag-0.5Cu alloy is used as the lead-free solder alloy has been described as an example, but the present embodiment is not limited to this. For example, the lead-free solder alloy may be a Sn-3.5Ag alloy or a Sn-0.7Cu-0.05Ni-Ge alloy.

図10及び図11は本実施の形態に係るはんだ継手10に核生成粒子4としてαCoSnが用いられ、鉛フリーはんだ合金として夫々Sn‐3.5Ag合金及びSn‐0.7Cu‐0.05Ni‐Ge合金が用いられた場合、はんだ継手10を電子線後方散乱回折法によって分析した結果であり、Z方向におけるβSnのマッピング像である。 10 and 11 show that αCoSn 3 is used as the nucleation particle 4 in the solder joint 10 according to the present embodiment, and Sn-3.5Ag alloy and Sn-0.7Cu-0.05Ni- are used as lead-free solder alloys, respectively. When Ge alloy is used, it is the result of analyzing the solder joint 10 by the electron beam backscattering diffraction method, and is a mapping image of βSn in the Z direction.

図10及び図11の何れの場合においても、βSnの核生成及び結晶配向の制御が有効に行われていることが見て取れる。   10 and 11, it can be seen that βSn nucleation and control of crystal orientation are effectively performed.

以上においては、核生成粒子4として、PtSn、PdSn、βIrSn又はαCoSnの何れか一つを銅基板2の一ヶ所に固定する場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限るものでない。 In the above description, the case where one of PtSn 4 , PdSn 4 , βIrSn 4, and αCoSn 3 is fixed to one place of the copper substrate 2 as an example of the nucleation particle 4 has been described. Is not limited to this.

例えば、二つ以上の同一の核生成粒子4を銅基板2の複数箇所に固定しても良い。また、異なる複数の核生成粒子4を銅基板2の複数の箇所に固定しても良い。この場合は、部分的にβSnの核生成及び結晶配向の制御が可能である。   For example, two or more identical nucleation particles 4 may be fixed to a plurality of locations on the copper substrate 2. Further, a plurality of different nucleation particles 4 may be fixed to a plurality of locations of the copper substrate 2. In this case, βSn nucleation and crystal orientation can be partially controlled.

以上においては、銅基板2を用いた場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限るものでない。銅の代わりに、銅のような遷移金属の基板を用いても良い。   In the above, the case where the copper substrate 2 is used has been described as an example, but the present embodiment is not limited to this. Instead of copper, a transition metal substrate such as copper may be used.

1 はんだボール(はんだ部分)
2 銅基板(被接合部材)
3 被覆層
4 核生成粒子
10 はんだ継手
21 (銅基板の)面
1 Solder ball (solder part)
2 Copper substrate (members to be joined)
3 coating layer 4 nucleation particle 10 solder joint 21 (copper substrate) surface

この際、金属間化合物の核生成粒子4の最も大きいファセット面が斯かる銅基板2においてはんだ付けされる面21(接合面)と平行するように載置する。これによって、はんだ付けの際に生成されるβSnは、その[001]方向が核生成粒子4のファセット面に対して平行するように、換言すれば、銅基板2の面21と略平行な方向に核生成されて結晶成長していく。すなわち、βSnは[100]方向又は[010]方向が金属間化合物の層(図2参照)の厚み方向と交差するように核生成されて結晶成長していく。 At this time, it is placed so that the largest faceted surface of the nucleation particles 4 of the intermetallic compound is parallel to the surface 21 (joint surface) to be soldered on the copper substrate 2. As a result, βSn generated during soldering is such that its [001] direction is parallel to the facet surface of the nucleation particle 4, in other words, a direction substantially parallel to the surface 21 of the copper substrate 2. Nucleated to grow crystals. That is, βSn is nucleated and crystal grows so that the [100] direction or [010] direction intersects the thickness direction of the intermetallic compound layer (see FIG. 2).

Claims (14)

Snを含む鉛フリーはんだ合金を用いて少なくとも2つの被接合部材を接合させたはんだ継手において、
前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分は、
接合の際に形成された金属間化合物の層と、
[100]又は[010]が前記金属間化合物の層の厚み方向と交差するように結晶配向された単粒βSnと、
前記金属間化合物の層及び前記単粒βSnの間に介在し、該単粒βSnの結晶配向に関わる核生成粒子と
を含むことを特徴とするはんだ継手。
In a solder joint in which at least two members to be joined are joined using a lead-free solder alloy containing Sn,
The solder portion related to the lead-free solder alloy is:
An intermetallic compound layer formed during bonding;
[100] or [010] single grain βSn crystallized so as to intersect the thickness direction of the intermetallic compound layer;
A solder joint, comprising nucleation particles that are interposed between the intermetallic compound layer and the single-grain βSn and are related to the crystal orientation of the single-grain βSn.
前記単粒βSnは[001]方向が前記被接合部材の接合面に沿うように配向されていることを特徴とする請求項1に記載のはんだ継手。   2. The solder joint according to claim 1, wherein the single grains βSn are oriented so that a [001] direction is along a joining surface of the members to be joined. 前記核生成粒子は、PtSn、PdSn、βIrSn又はαCoSnのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項2に記載のはんだ継手。 3. The solder joint according to claim 2, wherein the nucleation particles include at least one of PtSn 4 , PdSn 4 , βIrSn 4, and αCoSn 3 . 前記αCoSnの核生成粒子は、前記被接合部材の前記接合面に沿う方向における最長寸法が25μm以上で、該方向との交差方向における寸法が0.2μm以上であることを特徴とする請求項3に記載のはんだ継手。 The longest dimension of the αCoSn 3 nucleation particles in a direction along the joining surface of the member to be joined is 25 μm or more, and a dimension in a direction intersecting with the direction is 0.2 μm or more. 3. The solder joint according to 3. 前記PtSn、PdSn、又はβIrSnの核生成粒子は、前記被接合部材の前記接合面に沿う方向における最長寸法が10μm以上で、該方向との交差方向における寸法が0.2μm以上であることを特徴とする請求項3に記載のはんだ継手。 The nucleation particles of PtSn 4 , PdSn 4 , or βIrSn 4 have a longest dimension in the direction along the joining surface of the member to be joined of 10 μm or more, and a dimension in a direction intersecting with the direction is 0.2 μm or more. The solder joint according to claim 3. 前記被接合部材は板形状であり、
前記核生成粒子の最大サイズは 前記被接合部材の前記接合面のサイズと同じであることを特徴とする請求項2から5の何れか一項に記載のはんだ継手。
The member to be joined has a plate shape,
The solder joint according to any one of claims 2 to 5, wherein the maximum size of the nucleation particles is the same as the size of the joining surface of the member to be joined.
前記金属間化合物の層は何れかの被接合部材と前記はんだ部分との接合界面に形成されていることを特徴とする請求項1から6の何れか一項に記載のはんだ継手。   The solder joint according to any one of claims 1 to 6, wherein the intermetallic compound layer is formed at a joining interface between any of the members to be joined and the solder portion. 少なくとも2つの被接合部材に対してSnを含む鉛フリーはんだ合金を用いてはんだ付けを行い、前記鉛フリーはんだ合金に係るはんだ部分によって前記2つの被接合部材が接合される接合方法において、
前記はんだ部分を形成すべき箇所に、前記はんだ部分の結晶配向に関わる金属間化合物の核生成粒子を少なくとも一つ配置する配置ステップと、
前記はんだ部分が前記金属間化合物の核生成粒子を含むように、前記はんだ付けを行うはんだ付けステップとを含むことを特徴とする接合方法。
In a joining method in which at least two members to be joined are soldered using a lead-free solder alloy containing Sn, and the two members to be joined are joined by a solder portion related to the lead-free solder alloy,
An arrangement step of disposing at least one nucleation particle of an intermetallic compound related to crystal orientation of the solder portion at a position where the solder portion is to be formed;
And a soldering step of performing the soldering so that the solder portion includes nucleation particles of the intermetallic compound.
前記配置ステップは、
前記金属間化合物の核生成粒子の最も大きいファセット面が特定方向になるように、前記金属間化合物の核生成粒子を何れかの被接合部材に固定するステップを含むことを特徴とする請求項8に記載の接合方法。
The placing step includes
9. The method according to claim 8, further comprising the step of fixing the intermetallic compound nucleation particles to any member to be bonded so that the largest facet surface of the intermetallic compound nucleation particles is in a specific direction. The joining method described in 1.
前記配置ステップは、前記何れかの被接合部材において前記金属間化合物の核生成粒子を固定すべき箇所にSn被覆を行うステップを含み、
前記金属間化合物の核生成粒子はSnで被覆された箇所の上に固定されることを特徴とする請求項9に記載の接合方法。
The arranging step includes a step of performing Sn coating on a portion where the nucleation particles of the intermetallic compound are to be fixed in any of the bonded members,
The joining method according to claim 9, wherein the nucleation particles of the intermetallic compound are fixed on a portion covered with Sn.
過度液相接合法によって、前記金属間化合物の核生成粒子は被覆されたSn上に固定されることを特徴とする請求項10に記載の接合方法。   The bonding method according to claim 10, wherein the nucleation particles of the intermetallic compound are fixed on the coated Sn by an excessive liquid phase bonding method. 前記はんだ付けステップでは、リフロー法が用いられることを特徴とする請求項8から11の何れか一項に記載の接合方法。   The joining method according to any one of claims 8 to 11, wherein a reflow method is used in the soldering step. 前記金属間化合物の核生成粒子は矩形の板状をなすことを特徴とする請求項8から12の何れか一項に記載の接合方法。   The joining method according to any one of claims 8 to 12, wherein the nucleation particles of the intermetallic compound have a rectangular plate shape. 前記金属間化合物は、PtSn、PdSn、βIrSn又はαCoSnのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項8から13の何れか一項に記載の接合方法。


The bonding method according to claim 8, wherein the intermetallic compound includes at least one of PtSn 4 , PdSn 4 , βIrSn 4, and αCoSn 3 .


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