JP2019093425A - Discoloration-resistant solder material, and discoloration-resistant solder joint - Google Patents

Discoloration-resistant solder material, and discoloration-resistant solder joint Download PDF

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Abstract

To provide a solder material or solder joint that resists yellowing and has excellent wettability.SOLUTION: A discoloration-resistant solder material contains Sn or an Sn alloy and 40-320 mass ppm of As and has an As concentrated layer.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、耐変色性はんだ材料、及び耐変色性はんだ継手に関する。   The present invention relates to a tarnish resistant solder material and tarnish resistant solder joints.

プリント基板への電子部品の実装といった、電子機器における電子部品の固定と電気的接続は、コスト面及び信頼性の面で最も有利なはんだ付けにより一般に行われている。
はんだ付けに用いるはんだのうち、Sn又はSn系合金を含むはんだは、はんだの表面が酸化すると酸化膜であるSnO被膜を形成して黄色に変化する。このような酸化膜(SnO被膜)の膜厚が厚くなるほど、はんだ表面の黄色度は高くなる。
Fixing and electrical connection of electronic components in electronic devices, such as mounting of electronic components on a printed circuit board, is generally performed by the most advantageous soldering in terms of cost and reliability.
Among the solders used for the soldering, when the solder surface is oxidized, the solder containing Sn or Sn-based alloy forms a SnO film which is an oxide film and turns yellow. As the thickness of such an oxide film (SnO film) increases, the yellowness of the solder surface increases.

Sn又はSn系合金を含むはんだを用いてはんだ部品を搭載した場合やはんだ継手を形成した場合に、はんだ表面が黄色に変化していて金属光沢を失っていると、はんだの画像認識の自動処理の際に、はんだが検出されず、実際には存在しているはんだが認識されないという恐れがある。   When solder parts are mounted using solder containing Sn or Sn-based alloy, or when solder joints are formed, if the solder surface turns yellow and loses metallic gloss, automatic processing of image recognition of solder There is a risk that the solder will not be detected, and the solder actually present will not be recognized.

従来の表面の黄色変化を抑制したはんだとしては、例えば、Snの含有量が40%以上の合金からなる金属材料またはSnの含有量が100%である金属材料からなるはんだ層と、前記はんだ層の表面を被覆する被覆層を備えた直径が1〜1000μmの球体であり、前記被覆層は、前記はんだ層の外側にSnO膜が形成され、前記SnO膜の外側にSnO2膜が形成され、前記被覆層の厚さは、0nmより大きく4.5nm以下であるはんだ材料が提案されている(特許文献1)。特許文献1のはんだにおいては、SnO2膜を形成することにより、はんだ表面の黄色変化を抑制している。
しかし、特許文献1のはんだにおいては、SnO2膜を形成するために、高エネルギー状態のプラズマ照射等が必要であり、製造工程が複雑となってしまう。
As a conventional solder in which the yellow color change on the surface is suppressed, for example, a solder layer made of a metal material consisting of an alloy having a content of 40% or more of Sn or a metal material having a content of Sn of 100% And a covering layer covering the surface of the ball, and the covering layer has a SnO film formed on the outside of the solder layer, and a SnO 2 film formed on the outside of the SnO film. The solder material whose thickness of the said coating layer is 4.5 nm or less larger than 0 nm is proposed (patent document 1). In the solder of Patent Document 1, the yellow change of the solder surface is suppressed by forming the SnO 2 film.
However, in the solder of Patent Document 1, plasma irradiation or the like in a high energy state is required to form the SnO 2 film, and the manufacturing process becomes complicated.

また、従来、Sn又はSn系合金を含むはんだ表面の黄色変化を抑制するために、P、Ge、Gaなどの元素を添加することが行われている。これらの元素は、Snよりも酸化物生成自由エネルギーが小さく、非常に酸化されやすい。したがって、溶融はんだからはんだボールを形成する際に、SnではなくP、Ge、Gaなどの元素が酸化されて表面に濃化し、はんだ表面の黄色変化を抑制することができる。しかし、一般的にはんだには、溶融した際に電子部品の金属上を広がっていく性質(濡れ性)が求められるところ、はんだ表面の黄色変化を抑制するためにこれらの元素の添加量を多くし濃化の度合いを高めると、はんだの濡れ性が低下してしまう。   Moreover, in order to suppress the yellow change of the solder surface containing Sn or Sn type alloy conventionally, adding elements, such as P, Ge, Ga, is performed. These elements have smaller oxide formation free energy than Sn and are very easily oxidized. Therefore, when forming a solder ball from molten solder, elements such as P, Ge, Ga, etc., instead of Sn, are oxidized and concentrated on the surface, and it is possible to suppress yellow change of the solder surface. However, in general, the solder is required to have the property (wettability) to spread on the metal of the electronic component when it is melted, but in order to suppress the yellow change of the solder surface, the addition amount of these elements is large When the degree of thickening is increased, the wettability of the solder is reduced.

以上のように、表面の黄色変化を抑制し、濡れ性に優れるはんだ材料が望まれている。   As mentioned above, the solder material which controls the yellow change of the surface and is excellent in wettability is desired.

特許第5807733号Patent No. 5807733

本発明は、表面の黄色変化を抑制し、濡れ性に優れるはんだ材料又ははんだ継手を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a solder material or a solder joint which suppresses yellowing of the surface and is excellent in wettability.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究した結果、はんだ材料に特定量のAs(砒素)を添加し、はんだ材料の表面にAs濃化層を形成することで上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。本発明のはんだ材料においては、Asの添加量が少量であるので、濡れ性を悪化させずに維持しながら、はんだ材料表面の黄色変化を抑制することができる。本発明の具体的態様は以下のとおりである。
なお、本明細書において、「〜」を用いて数値範囲を表す際は、その範囲は両端の数値を含むものとする。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors can solve the above problems by adding a specific amount of As (arsenic) to the solder material and forming an As-concentrated layer on the surface of the solder material. The present invention has been completed. In the solder material of the present invention, since the amount of As added is small, it is possible to suppress the yellowing of the surface of the solder material while maintaining the wettability without deteriorating. Specific embodiments of the present invention are as follows.
In addition, in this specification, when expressing a numerical range using "-", the range shall include the numerical value of both ends.

[1]
Sn又はSn系合金と、40〜320質量ppmのAsとを含み、As濃化層を有することを特徴とする耐変色性はんだ材料。
[2]
前記Sn又はSn系合金が、0〜4質量%のAg、0〜1質量%のCu、0〜52質量%のIn、0〜0.15質量%のNi、及び0〜0.015質量%のCoを含み、残部がSnであることを特徴とする[1]に記載のはんだ材料。
[3]
粉末であることを特徴とする、[1]又は[2]に記載のはんだ材料。
[4]
前記粉末が、球径1〜1000μmの球状粉末であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載のはんだ材料
[5]
Sn又はSn系合金と、40〜320質量ppmのAsとを含み、As濃化層を有することを特徴とする耐変色性はんだ継手。
[1]
What is claimed is: 1. A color-resistant solder material comprising a Sn or Sn-based alloy and 40 to 320 mass ppm of As, and having an As-enriched layer.
[2]
The said Sn or Sn-type alloy is 0-4 mass% Ag, 0-1 mass% Cu, 0-52 mass% In, 0-0.15 mass% Ni, and 0-0.015 mass% The solder material according to [1], which contains Co and the balance is Sn.
[3]
The solder material according to [1] or [2], which is a powder.
[4]
The solder material according to any one of [1] to [3], wherein the powder is a spherical powder having a sphere diameter of 1 to 1000 μm.
[5]
A discoloration resistant solder joint comprising an Sn or Sn-based alloy and 40 to 320 mass ppm of As and having an As-enriched layer.

本発明のはんだ材料又ははんだ継手は、濡れ性を維持しながら、表面の黄色変化を抑制することができる。   The solder material or the solder joint of the present invention can suppress the yellowing of the surface while maintaining the wettability.

はんだボール表面のXPS分析のチャートである。It is a chart of XPS analysis of the solder ball surface. はんだボール表面のXPS分析のチャートである。It is a chart of XPS analysis of the solder ball surface. はんだボール表面のXPS分析のチャートである。It is a chart of XPS analysis of the solder ball surface.

以下、本発明のはんだ材料及びはんだ継手について、説明する。   Hereinafter, the solder material and the solder joint of the present invention will be described.

本発明の耐変色性はんだ材料は、Sn又はSn系合金と、40〜320質量ppmのAsとを含み、As濃化層を有する。   The color-resistant solder material of the present invention contains a Sn or Sn-based alloy and 40 to 320 mass ppm of As, and has an As-concentrated layer.

Snとしては、特に限定されず、純度が3N(99.9%以上)、4N(99.99%以上)、5N(99.999%以上)であるもの等の当業界で一般的なものを用いることができる。
Sn系合金としては、Sn−Ag合金、Sn−Cu合金、Sn−Ag−Cu合金、Sn−Ag−Cu−Ni−Co合金、Sn−In合金、Sn−Bi合金、Sn−Sb合金や前記合金組成にAg、Cu、In、Ni、Co、Sb、Bi、Ge、P、Fe、Zn、Al、Ga等を更に添加した合金が挙げられる。
Sn又はSn系合金は、不可避不純物を含んでいてもよい。
本発明の耐変色性はんだ材料に含まれるSn又はSn系合金は、0〜4質量%のAg、0〜1質量%のCu、0〜52質量%のIn、0〜0.15質量%のNi、及び0〜0.015質量%のCoを含み、残部がSnであることが好ましい。
はんだ材料全体の質量に対するAgの含有量は、0〜4質量%が好ましく、1〜4質量%がより好ましく、1〜3質量%が最も好ましい。
はんだ材料全体の質量に対するCuの含有量は、0〜1質量%が好ましく、0.3〜0.75質量%がより好ましく、0.5〜0.7質量%が最も好ましい。
はんだ材料全体の質量に対するInの含有量は、0〜52質量%が好ましく、0〜10質量%又は40〜52質量%がより好ましい。
上記の各元素の含有量の数値範囲について、各元素ごとに単独で用いても良く、又は、複数の元素の数値範囲を組み合わせて用いても良い。
The Sn is not particularly limited, and those generally used in the industry such as those having a purity of 3N (99.9% or more), 4N (99.99% or more), 5N (99.999% or more), etc. It can be used.
Examples of Sn-based alloys include Sn-Ag alloy, Sn-Cu alloy, Sn-Ag-Cu alloy, Sn-Ag-Cu-Ni-Co alloy, Sn-In alloy, Sn-Bi alloy, Sn-Sb alloy, and the like. The alloy which added Ag, Cu, In, Ni, Co, Sb, Bi, Ge, P, Fe, Zn, Al, Ga etc. to an alloy composition is mentioned.
The Sn or Sn-based alloy may contain unavoidable impurities.
The Sn or Sn-based alloy contained in the color-resistant solder material of the present invention contains 0 to 4% by mass of Ag, 0 to 1% by mass of Cu, 0 to 52% by mass of In, 0 to 0.15% by mass It is preferable that Ni and 0 to 0.015% by mass of Co be contained, with the balance being Sn.
0-4 mass% is preferable, as for content of Ag with respect to the mass of the whole solder material, 1-4 mass% is more preferable, and 1-3 mass% is the most preferable.
As for content of Cu with respect to the mass of the whole solder material, 0-1 mass% is preferable, 0.3-0.75 mass% is more preferable, 0.5-0.7 mass% is the most preferable.
0-52 mass% is preferable, and, as for content of In with respect to the mass of the whole solder material, 0-10 mass% or 40-52 mass% is more preferable.
About the numerical range of content of each above-mentioned element, you may use individually for every element, or may be used combining the numerical range of several elements.

はんだ材料全体の質量に対するAsの含有量は、40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)であり、70〜320質量ppmが好ましく、70〜200質量ppmがより好ましい。Asの含有量が上記範囲内であれば、黄色変化が抑制され、濡れ性に優れたはんだ材料が得られる。   Content of As with respect to the mass of the whole solder material is 40-320 mass ppm (0.0040-0.0320 mass%), 70-320 mass ppm is preferable, and 70-200 mass ppm is more preferable. When the content of As is within the above range, yellowing is suppressed, and a solder material having excellent wettability can be obtained.

本発明において、はんだ材料に含まれるAs濃化層とは、はんだ材料の表面に形成されたAsの濃度がはんだ内部より高くなっている領域であり、以下の判定基準により存在を確認することができる。
(判定基準)
5.0mm×5.0mmの大きさのサンプルにおいて、任意の700μm×300μmのエリアを選定し、イオンスパッタリングを併用したXPS分析を行う。サンプル1個につき1つのエリアを選定し、3つのサンプルについてそれぞれ1回ずつ、合計3回の分析を行った。全3回の分析の全てにおいてS1≧S2となる場合、As濃化層が形成されていると判断する。
ここで、
S1:XPS分析のチャートにおいて、SiO換算の深さが0〜2×D1(nm)の領域におけるAsの検出強度の積分値
S2:XPS分析のチャートにおいて、SiO換算の深さが2×D1〜4×D1(nm)の領域におけるAsの検出強度の積分値
D1:XPS分析のチャートにおいて、O原子の検出強度が最大となったSiO換算の深さ(Do・max(nm))より深い部分において、O原子の検出強度が最大検出強度(Do・maxにおける強度)の1/2の強度となる最初のSiO換算の深さ(nm)。
上記のAs濃化層の判定基準の詳細な条件は、後述の「(1)As濃化層の有無の評価」の記載に従う。はんだ材料がAs濃化層を有することにより、はんだの黄色変化を抑制することができる。
As濃化層の厚み(SiO換算)は、0.5〜8.0nmが好ましく、0.5〜4.0nmがより好ましく、0.5〜2.0nmが最も好ましい。As濃化層の厚みが上記範囲内であれば、黄色変化が抑制され、濡れ性に優れたはんだ材料が得られる。
In the present invention, the As-enriched layer contained in the solder material is a region in which the concentration of As formed on the surface of the solder material is higher than that in the solder, and the existence thereof is confirmed by the following criteria. it can.
(Judgment criteria)
For a sample of 5.0 mm × 5.0 mm in size, an arbitrary 700 μm × 300 μm area is selected, and XPS analysis using ion sputtering in combination is performed. One area was selected for each sample, and three analyzes were performed once for each of three samples. If S1 ≧ S2 in all three analyzes, it is determined that an As-enriched layer is formed.
here,
S1: In the chart of XPS analysis, the integral value of the detection intensity of As in the region of SiO 2 converted depth 0 to 2 × D1 (nm) S2: In the chart of XPS analysis, the depth of SiO 2 converted is 2 × Integral value of detection intensity of As in the region of D1 to 4 × D1 (nm) D1: SiO 2 converted depth (Do · max (nm)) at which the detection intensity of O atom is maximum in the chart of XPS analysis The first SiO 2 equivalent depth (nm) at which the detected intensity of O atoms is 1/2 of the maximum detected intensity (intensity at Do · max) at a deeper part.
The detailed conditions of the judgment criteria of the above-described As-enriched layer follow the description of “(1) Evaluation of presence or absence of As-enriched layer” described later. When the solder material has an As-enriched layer, it is possible to suppress the yellow change of the solder.
The thickness of As concentrated layer (SiO 2 basis) is preferably 0.5~8.0Nm, more preferably 0.5~4.0nm, 0.5~2.0nm is most preferred. When the thickness of the As-enriched layer is within the above range, yellowing is suppressed, and a solder material having excellent wettability is obtained.

本発明において、はんだ材料の形態は特に限定されないが、粉末であることが好ましく、球状粉末であることが好ましい。はんだ材料が粉末であることにより微細な部品へのはんだ付けが可能となり、また、球状粉末であることによりはんだ材料の流動性が向上する。
また、はんだ材料が球状粉末である場合、球径は1〜1000μmが好ましく、1〜300μmがより好ましく、1〜120μmが最も好ましい。球状粉末であるはんだ材料の球径が上記範囲内であれば、微細なはんだ付けが可能となる。
はんだ材料が球状粉末である場合、真球度は0.90以上が好ましく、0.95以上がより好ましく、0.99以上が最も好ましい。
本発明において、球状粉末であるはんだ材料の球径及び真球度は、最小領域中心法(MZC法)を用いるCNC画像測定システム(ミツトヨ社製のウルトラクイックビジョン ULTRA QV350−PRO測定装置)を使用して測定する。本願明細書において、真球度とは真球からのずれを表し、例えば500個の各ボールの直径を長径で割った際に算出される算術平均値であり、値が上限である1.00に近いほど真球に近いことを表す。
In the present invention, the form of the solder material is not particularly limited, but a powder is preferable, and a spherical powder is preferable. The powder of the solder material enables soldering to fine parts, and the spherical powder improves the flowability of the solder material.
When the solder material is a spherical powder, the sphere diameter is preferably 1 to 1000 μm, more preferably 1 to 300 μm, and most preferably 1 to 120 μm. If the sphere diameter of the solder material which is spherical powder is within the above range, fine soldering becomes possible.
When the solder material is a spherical powder, the sphericity is preferably 0.90 or more, more preferably 0.95 or more, and most preferably 0.99 or more.
In the present invention, the spherical diameter and sphericity of the solder material which is a spherical powder use a CNC image measurement system (Ultra Quick Vision ULTRA QV350-PRO measurement device manufactured by Mitutoyo Corp.) using the minimum area center method (MZC method) Measure. In the specification of the present application, sphericity represents deviation from a true sphere, and is, for example, an arithmetic average value calculated when the diameter of each of 500 balls is divided by the major diameter, and the upper limit is 1.00. The closer to, the closer to a true sphere.

本発明において、はんだ材料のL表色系における黄色度bは、0〜10.0が好ましく、3.0〜5.7がより好ましく、3.0〜5.0が最も好ましい。はんだ材料のL表色系における黄色度bが上記範囲内であれば、黄色度が低く、はんだが金属光沢を有するため、はんだの画像認識の自動処理の際に、はんだが的確に検出される。
後述の「(2)黄色変化の抑制の評価」において示すように、本発明において、黄色度bは、CM−3500d2600d型分光測色計(コニカミノルタ社製)を使用して、D65光源、10度視野において、JIS Z 8722「色の測定方法−反射及び透過物体色」に準じて分光透過率を測定して、色彩値(L、a、b)から求めることができる。
In the present invention, the yellowness b * of the solder material in the L * a * b * color system is preferably 0 to 10.0, more preferably 3.0 to 5.7, and 3.0 to 5.0. Most preferred. If the degree of yellowness b * in the L * a * b * color system of the solder material is within the above range, the degree of yellowness is low, and the solder has a metallic luster. Is accurately detected.
In the present invention, as shown in “(2) Evaluation of suppression of yellowing change” described later, in the present invention, the degree of yellowness b * is a D65 light source using a CM-3500d2600d type spectrophotometer (manufactured by Konica Minolta), The spectral transmittance can be measured from the color values (L * , a * , b * ) according to JIS Z 8722 "Measurement method of color-reflection and transmission object color" in a 10 ° visual field.

本発明の耐変色性はんだ継手は、Sn又はSn系合金と、40〜320質量ppmのAsとを含み、As濃化層を有する。耐変色性はんだ継手は、上述の耐変色性はんだ材料から形成することができ、上述の耐変色性はんだ材料と同様の組成、物性を有することができる。   The color-resistant solder joint of the present invention contains a Sn or Sn-based alloy and 40 to 320 mass ppm of As, and has an As concentrated layer. The tarnish resistant solder joint can be formed from the tarnish resistant solder material described above, and can have the same composition and physical properties as the tarnish resistant solder material described above.

本発明のはんだ材料の使用形態は特に限定されず、はんだボールや、ロジン系樹脂、活性剤、溶剤等を含むフラックスと混合して製造するはんだペースト等として使用できるが、はんだボールとして使用することが好ましい。はんだボールとして使用する場合は、Sn又はSn系合金とAsとを含む金属材料を、当業界で一般的な方法である滴下法を用いてはんだボールを製造することができる。また、はんだボールを、フラックスを塗布した1つの電極上にはんだボールを1つ搭載して接合するなど、当業界で一般的な方法で加工することによりはんだ継手を製造することができる。
このようにして製造された耐変色性はんだ継手は、濡れ性を維持しながら、表面の黄色変化を抑制することができる。
The use form of the solder material of the present invention is not particularly limited, and it can be used as a solder paste manufactured by mixing it with a solder ball, a flux containing a rosin resin, an activator, a solvent, etc. Is preferred. When used as a solder ball, a metal material containing a Sn or Sn-based alloy and As can be used to manufacture a solder ball using a dropping method which is a method common in the art. In addition, a solder joint can be manufactured by processing the solder ball by a method common to the industry, such as mounting and joining one solder ball on one flux-coated electrode.
The color-resistant solder joint manufactured in this manner can suppress the yellowing of the surface while maintaining the wettability.

このようにして調製されたはんだボールを用いて、電子機器などの部材を接合することができる。   A component such as an electronic device can be joined using the solder ball prepared in this manner.

以下、本発明について実施例により具体的に説明するが、本発明は実施例に記載の内容に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to the contents described in the examples.

(評価)
実施例1〜44及び比較例1〜40それぞれのはんだボールについて、以下のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。
(Evaluation)
About each solder ball of Examples 1 to 44 and Comparative Examples 1 to 40, (1) Evaluation of presence or absence of As-enriched layer, (2) Evaluation of suppression of yellow change, and (3) Solder wettability The evaluation of

(1)As濃化層の有無の評価
As濃化層の有無は、XPS(X線光電分光法:X-ray Photoelectron Spectroscopy)による深さ方向分析を用いて以下の様に評価した。
(分析条件)
・分析装置:AXIS Nova(クレイトス・アナリティカル社製)
・分析条件:X線源 AlKα線、X線銃電圧 15kV、X線銃電流値 10mA、分析エリア 700μm×300μm
・スパッタ条件:イオン種 Ar、加速電圧 2kV、スパッタリングレート 0.5nm/min(SiO換算)
・カーボンテープを貼ったステージ上にはんだボールを隙間なく平坦に敷き詰めたものをサンプルとして分析を行った。サンプルの大きさは5.0mm×5.0mmとした。
(評価手順)
5.0mm×5.0mmの大きさのサンプルにおいて、任意の700μm×300μmのエリアを選定し、イオンスパッタリングを行いながらSn、O、Asの各原子についてXPS分析を行い、XPS分析のチャートを得た。サンプル1個につき1つのエリアを選定し、3つのサンプルについてそれぞれ1回ずつ、合計3回の分析を行った。得られたXPS分析のチャートにおいて、横軸は、スパッタ時間(min)及びスパッタ時間からSiO標準試料のスパッタエッチングレートを用いて算出したSiO換算の深さ(nm)のいずれかから選択でき、縦軸は、検出強度(cps)である。以後の測定においては、XPS分析のチャートにおける横軸を、スパッタ時間からSiO標準試料のスパッタエッチングレートを用いて算出したSiO換算の深さ(nm)とする。
図1〜3にXPS分析により得られるチャートの例を示す。図1〜3は、同一のサンプルについて縦軸の検出強度(cps)のスケールを変更したものであり、横軸はスパッタ時間から算出したSiO換算の深さ(nm)である。
図2に示すように、各サンプルのXPS分析のチャートにおいて、O原子の検出強度が最大となったSiO換算の深さをDo・max(nm)とした。そして、Do・maxより深い部分において、O原子の検出強度が、最大検出強度(Do・maxにおける強度)の1/2の強度となる最初のSiO換算の深さをD1(nm)とした。
図3に示すように、各サンプルのXPS分析のチャートにおいて、最表面から深さ2×D1までの領域(SiO換算の深さが0〜2×D1(nm)の領域)におけるAsの検出強度の積分値(S1)と、深さ2×D1からさらに2×D1だけ深い部分までの領域(SiO換算の深さが2×D1〜4×D1(nm)の領域)におけるAsの検出強度の積分値(S2)との比較を行った。そして、以下の基準に基づいて評価を行った。
・全3回の測定の全てにおいてS1≧S2となる
:As濃化層が形成されている(○)
・全3回の測定のうちの2回以下の回数でS1≧S2となる
:As濃化層が形成されていない(×)
(1) Evaluation of the presence or absence of the As-enriched layer The presence or absence of the As-enriched layer was evaluated as follows using depth direction analysis by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy).
(Analysis conditions)
・ Analyzer: AXIS Nova (made by Kratos Analytical)
Analysis conditions: X-ray source AlK α ray, X-ray gun voltage 15 kV, X-ray gun current value 10 mA, analysis area 700 μm × 300 μm
Sputtering conditions: ion species Ar + , acceleration voltage 2 kV, sputtering rate 0.5 nm / min (SiO 2 equivalent)
・ Analytical samples were prepared by laying solder balls flat on a carbon tape-covered stage without gaps. The size of the sample was 5.0 mm × 5.0 mm.
(Evaluation procedure)
Arbitrary 700 μm × 300 μm area is selected for the sample of 5.0 mm × 5.0 mm size, XPS analysis is performed for each atom of Sn, O, As while performing ion sputtering, and a chart of XPS analysis is obtained The One area was selected for each sample, and three analyzes were performed once for each of three samples. In the chart of the obtained XPS analysis, the horizontal axis can be selected from any of the sputtering time (min) and the SiO 2 equivalent depth (nm) calculated using the sputtering etching rate of the SiO 2 standard sample from the sputtering time. The vertical axis is the detection intensity (cps). In the subsequent measurements, the horizontal axis in the chart of the XPS analysis is taken as the SiO 2 equivalent depth (nm) calculated using the sputter etching rate of the SiO 2 standard sample from the sputtering time.
The example of the chart obtained by XPS analysis in FIGS. 1-3 is shown. 1-3 is obtained by changing the scale of the detected intensities of the longitudinal axis (cps) for the same sample, the horizontal axis represents the depth in terms of SiO 2 calculated from the sputtering time (nm).
As shown in FIG. 2, in the chart of the XPS analysis of each sample, the SiO 2 converted depth at which the detected intensity of O atoms is maximized is taken as Do · max (nm). Then, in a portion deeper than Do · max, the first SiO 2 converted depth is defined as D1 (nm) at which the detected intensity of O atoms is half the maximum detected intensity (intensity at Do · max) .
As shown in FIG. 3, in the chart of the XPS analysis of each sample, detection of As in the region from the outermost surface to the depth 2 × D1 (the region with a SiO 2 conversion depth of 0 to 2 × D1 (nm)) Detection of As in an integral value of intensity (S1) and a region from a depth of 2 × D1 to a portion deeper by 2 × D1 (a region of SiO 2 equivalent depth of 2 × D1 to 4 × D1 (nm)) Comparison with the integral value (S2) of intensity was performed. And it evaluated based on the following criteria.
・ S1 ≧ S2 in all three measurements
: As enriched layer is formed (○)
・ S1 ≧ S2 in two or less of all three measurements
: As concentrated layer not formed (x)

(2)黄色変化の抑制の評価
空気雰囲気の恒温槽を200℃に加熱し、各はんだボール(球径0.3mm)を恒温槽中で2時間加熱した。L表色系における黄色度bについて、加熱前及び加熱後のはんだボールの測定を行い、加熱後のbから加熱前のbを引いた増加量(Δb)を算出した。ただし、実施例38〜44及び比較例35〜40のSn−In系はんだについては、融点が200℃以下であるため、100℃に加熱した恒温槽中で20日間加熱して同様の測定及び算出を行った。
黄色度bは、CM−3500d2600d型分光測色計(コニカミノルタ社製)を使用して、D65光源、10度視野において、JIS Z 8722「色の測定方法−反射及び透過物体色」に準じて分光透過率を測定して、色彩値(L、a、b)から求めた。なお、色彩値(L、a、b)は、JIS Z 8729「色の表示方法―色彩値L表色系及びL表色系」に規定されているとおりである。
各金属組成のはんだボールにおいて、Asを添加しない比較例1、7、13、19、25、27、33又は35のはんだボールのΔb(Δb(基準))との比較を行い、以下の基準に基づいて評価を行った。
Δbの値がΔb(基準)の50%以下である :○○(非常に良好)
Δbの値がΔb(基準)の50%を超え70%以下である:○(良好)
Δbの値がΔb(基準)の70%より大きい :×(不可)
(2) Evaluation of suppression of yellowing A constant temperature bath in an air atmosphere was heated to 200 ° C., and each solder ball (ball diameter 0.3 mm) was heated in the constant temperature bath for 2 hours. L * a * b * for yellowness b * in the color system performs measurement of the solder ball after heating before and heated, increasing the amount of minus b * before heating the b * after heating ([Delta] b *) Calculated. However, since the melting point of the Sn-In solders of Examples 38 to 44 and Comparative Examples 35 to 40 is 200 ° C. or less, the same measurement and calculation are performed by heating for 20 days in a thermostat heated at 100 ° C. Did.
The degree of yellowness b * is in accordance with JIS Z 8722 “Measurement method of color-reflection and transmission object color” in a D65 light source and 10 ° visual field using a CM-3500d2600d type spectrocolorimeter (manufactured by Konica Minolta) Spectral transmittance was measured and determined from color values (L * , a * , b * ). The color values (L * , a * , b * ) are defined in JIS Z 8729 "Color display method-color values L * a * b * color system and L * U * V * color system". As it is.
The solder balls of each metal composition were compared with Δb * (Δb * (reference)) of the solder balls of Comparative Examples 1, 7, 13, 19, 25, 27, 33 or 35 in which As was not added. Evaluation was performed based on the criteria.
The value of [Delta] b * is less than 50% of [Delta] b * (reference): ○○ (very good)
The value of [Delta] b * is less than 70% more than 50% of [Delta] b * (reference): ○ (good)
The value of [Delta] b * is greater than 70% of [Delta] b * (reference): × (poor)

(3)はんだ濡れ性の評価
Bare−Cu(裸銅)の電極パッド(基板に設けた電極の開口径(Solder Resist Opening): 0.24mm)に、フラックスWF−6400(千住金属工業社製)を厚みが0.115mmとなるように印刷し、その上に各はんだボールをマウントした。はんだボールをマウントした電極パッドを、25℃から昇温速度1℃/secにてN雰囲気下で260℃まで昇温し、リフローした。ただし、実施例38〜44及び比較例35〜40のSn−In系はんだについては、融点が200℃以下であるため、温度範囲を25℃〜180℃に設定し、それ以外の条件は同様にしてリフローした。リフロー後に、はんだボールをマウントした電極パッドを、蒸留水中に浸漬し、1分間超音波洗浄を行った。はんだ付けされずに洗浄工程でなくなってしまったバンプ数(ミッシングバンプ数)をカウントし、以下の基準に基づいて評価を行った。
100バンプ中のミッシングバンプが0個 :○○(非常に良好)
100バンプ中のミッシングバンプが1〜5個 :○(良好)
100バンプ中のミッシングバンプが6個以上 :×(不可)
(3) Evaluation of solder wettability The electrode pad of Bare-Cu (naked copper) (the opening diameter of the electrode provided on the substrate (Solder Resist Opening): 0.24 mm), the flux WF-6400 (manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd.) Were printed to a thickness of 0.115 mm, and each solder ball was mounted thereon. The electrode pad mounted with the solder ball was reflowed by raising the temperature to 25 ° C. to 260 ° C. in an N 2 atmosphere at a temperature rising rate of 1 ° C./sec. However, for the Sn-In solders of Examples 38 to 44 and Comparative Examples 35 to 40, since the melting point is 200 ° C. or less, the temperature range is set to 25 ° C. to 180 ° C., and the other conditions are the same. Reflowed. After reflow, the electrode pad mounted with the solder ball was immersed in distilled water and subjected to ultrasonic cleaning for 1 minute. The number of bumps not removed in the cleaning process without soldering (number of missing bumps) was counted and evaluated based on the following criteria.
0 pieces of missing bumps in 100 bumps: ○ ○ (very good)
1 to 5 missing bumps in 100 bumps: ○ (Good)
6 or more missing bumps in 100 bumps: x (not allowed)

(実施例1〜7、比較例1〜6)
以下の表1に示す組成で実施例1〜7及び比較例1〜6のはんだ用金属材料を調合した。調合した実施例1〜7及び比較例1〜6のはんだ用金属材料から滴下法によりはんだボール(球径0.3mm)を製造した。得られた実施例1〜7及び比較例1〜6のはんだボールを、空気中において乾燥装置を用いて30分間乾燥させ、Asをはんだボール表面側に濃化させた。
なお、以下の表1〜6中の各成分の数値は、はんだ用金属材料全体の質量に対する各成分の質量%を表し、Sn以外の元素については配合時に実際に計量した量であり、Snについては合計が100質量%となるように残部として配合した量を意味する。また、以下の表1〜6において、各はんだ用金属材料に用いたSnは、3N材であり不可避不純物を含むものである。
(Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 6)
The metal materials for solder of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 were prepared with the compositions shown in Table 1 below. Solder balls (ball diameter: 0.3 mm) were manufactured from the prepared metal materials for solder of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 by a dropping method. The obtained solder balls of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 were dried in air using a drying device for 30 minutes to concentrate As on the solder ball surface side.
In addition, the numerical value of each component in the following Tables 1-6 represents the mass% of each component with respect to the mass of the whole metal material for solder, and it is the quantity actually measured at the time of mixing about elements other than Sn about Sn Means an amount blended as the balance so that the total is 100% by mass. Moreover, in Tables 1 to 6 below, Sn used for each solder metal material is a 3N material and contains unavoidable impurities.

そして、実施例1〜7及び比較例1〜6それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表1に示す。   And about the solder ball of each of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6, as described above, (1) evaluation of presence or absence of As concentrated layer, (2) evaluation of suppression of yellow change, and (3) solder The wettability was evaluated. The evaluation results are shown in Table 1 below.

Figure 2019093425
Figure 2019093425

上記表1の結果より、Snを含むはんだに関して、Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)である実施例1〜7においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70〜200質量ppm(0.0070〜0.0200質量%)である実施例2〜5においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。   From the results in Table 1 above, in Examples 1 to 7 in which the content of As is 40 to 320 mass ppm (0.0040 to 0.0320 mass%) with respect to the solder containing Sn, an As-rich layer is formed. It was very good or good in both suppression of yellowing and solderability. In particular, in Examples 2 to 5 in which the content of As is 70 to 200 mass ppm (0.0070 to 0.0200 mass%), both suppression of yellow change and solder wettability were very good. .

一方、Asを含まない比較例1においては、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例2〜5においては、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例6においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。   On the other hand, in Comparative Example 1 in which As was not contained, although the solder wettability was very good, the yellow change could not be suppressed. Moreover, in Comparative Examples 2 to 5 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), although the solder wettability is very good, the As concentrated layer is not formed, It was not possible to suppress yellowing. Furthermore, in Comparative Example 6 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed, and although suppression of yellow change is good, sufficient solder wettability is obtained. Was not obtained.

(実施例8〜14、比較例7〜12)
上記の表1に示す組成の代わりに、以下の表2に示す組成を用いた以外は実施例1〜7及び比較例1〜6と同様にして、実施例8〜14及び比較例7〜12のはんだボールを製造した。
(Examples 8-14, comparative examples 7-12)
Examples 8 to 14 and Comparative Examples 7 to 12 are the same as Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except that the compositions shown in Table 2 below were used instead of the compositions shown in Table 1 above. Manufactured solder balls.

そして、実施例8〜14及び比較例7〜12それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表2に示す。   And about each solder ball of Examples 8-14 and Comparative Examples 7-12, as mentioned above, evaluation of the existence of (1) As concentrated layer, (2) evaluation of suppression of yellow change, and (3) solder The wettability was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2 below.

Figure 2019093425
Figure 2019093425

上記表2の結果より、Sn−Ag−Cu合金(Agの含有量:3質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)である実施例8〜14においては、実施例1〜7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70〜200質量ppm(0.0070〜0.0200質量%)である実施例9〜12においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。   From the results in Table 2 above, the content of As is also 40 to 320 mass ppm for solders containing Sn-Ag-Cu alloy (Ag content: 3 mass%, Cu content: 0.5 mass%) In Examples 8 to 14 in which the amount is (0.0040 to 0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed as in Examples 1 to 7, and any of suppression of yellow change and solder wettability Were also very good or good. In particular, in Examples 9 to 12 in which the content of As is 70 to 200 mass ppm (0.0070 to 0.0200 mass%), both suppression of the yellow change and solder wettability were very good. .

一方、Sn−Ag−Cu合金(Agの含有量:3質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例7においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例8〜11においては、比較例2〜5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例12においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。   On the other hand, the solder containing the Sn-Ag-Cu alloy (Ag content: 3% by mass, Cu content: 0.5% by mass) is also similar to Comparative Example 1 in Comparative Example 7 not containing As. Although the solder wettability was very good, it was not possible to suppress the yellow change. Further, in Comparative Examples 8 to 11 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), as in Comparative Examples 2 to 5, although the solder wettability is very good, the As concentration is high. Layer was not formed, and the yellowing could not be suppressed. Furthermore, in Comparative Example 12 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed, and although the suppression of yellow change is very good, sufficient solder Wettability was not obtained.

(実施例15〜21、比較例13〜18)
上記の表1に示す組成の代わりに、以下の表3に示す組成を用いた以外は実施例1〜7及び比較例1〜6と同様にして、実施例15〜21及び比較例13〜18のはんだボールを製造した。
(Examples 15-21, Comparative Examples 13-18)
Examples 15 to 21 and Comparative Examples 13 to 18 are the same as Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except that the compositions shown in Table 3 below were used instead of the compositions shown in Table 1 above. Manufactured solder balls.

そして、実施例15〜21及び比較例13〜18それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表3に示す。   And about each solder ball of Examples 15-21 and Comparative Examples 13-18, as mentioned above, evaluation of the existence of (1) As concentrated layer, (2) evaluation of suppression of yellow change, and (3) solder The wettability was evaluated. The evaluation results are shown in Table 3 below.

Figure 2019093425
Figure 2019093425

上記表3の結果より、Sn−Ag−Cu合金(Agの含有量:1質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)である実施例15〜21においては、実施例1〜7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70〜200質量ppm(0.0070〜0.0200質量%)である実施例16〜19においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。   From the results of Table 3 above, the content of As is 40 to 320 mass ppm also for the solder containing Sn-Ag-Cu alloy (Ag content: 1 mass%, Cu content: 0.5 mass%) In Examples 15 to 21 of (0.0040 to 0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed as in Examples 1 to 7, and any of suppression of yellow change and solder wettability Were also very good or good. In particular, in Examples 16 to 19 in which the content of As is 70 to 200 mass ppm (0.0070 to 0.0200 mass%), both suppression of yellow change and solder wettability were very good. .

一方、Sn−Ag−Cu合金(Agの含有量:1質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例13においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例14〜17においては、比較例2〜5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例18においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。   On the other hand, also with respect to the solder containing the Sn-Ag-Cu alloy (content of Ag: 1% by mass, content of Cu: 0.5% by mass), Comparative Example 13 containing no As is the same as Comparative Example 1 Although the solder wettability was very good, it was not possible to suppress the yellow change. Moreover, in Comparative Examples 14 to 17 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), as in Comparative Examples 2 to 5, although the solder wettability is very good, the As concentration is high. Layer was not formed, and the yellowing could not be suppressed. Furthermore, in Comparative Example 18 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As concentrated layer is formed, and although the suppression of yellow change is very good, sufficient solder Wettability was not obtained.

(実施例22〜29、比較例19〜26)
上記の表1に示す組成の代わりに、以下の表4に示す組成を用いた以外は実施例1〜7及び比較例1〜6と同様にして、実施例22〜29及び比較例19〜26のはんだボールを製造した。
(Examples 22-29, comparative examples 19-26)
Examples 22 to 29 and Comparative Examples 19 to 26 are the same as Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except that the compositions shown in Table 4 below were used instead of the compositions shown in Table 1 above. Manufactured solder balls.

そして、実施例22〜29及び比較例19〜26それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表4に示す。   And about each solder ball of Examples 22-29 and comparative examples 19-26, as mentioned above, evaluation of the existence of (1) As concentrated layer, (2) evaluation of suppression of yellow change, and (3) solder The wettability was evaluated. The evaluation results are shown in Table 4 below.

Figure 2019093425
Figure 2019093425

上記表4の結果より、Sn−Ag−Cu合金(Agの含有量:4質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)である実施例22〜28においては、実施例1〜7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70〜200質量ppm(0.0070〜0.0200質量%)である実施例23〜26においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。   From the results of Table 4 above, the content of As is 40 to 320 mass ppm also for the solder containing Sn-Ag-Cu alloy (Ag content: 4 mass%, Cu content: 0.5 mass%) In Examples 22 to 28 in which the amount is (0.0040 to 0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed as in Examples 1 to 7, and any of suppression of yellow change and solder wettability can be obtained. Were also very good or good. In particular, in Examples 23 to 26 in which the content of As is 70 to 200 mass ppm (0.0070 to 0.0200 mass%), both suppression of yellow change and solder wettability were very good. .

また、Agの含有量を4質量%、Cuの含有量を1質量%に変更したSn−Ag−Cu合金を含むはんだに関しても、Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)である実施例29において、実施例22〜28と同様に良好な評価結果が得られた。実施例29については、実施例23〜26と同様に、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。   In addition, the content of As is 40 to 320 mass ppm (0.0040 to 0) also for a solder containing a Sn-Ag-Cu alloy in which the content of Ag is changed to 4% by mass and the content of Cu to 1% by mass. In Example 29 which is .0320% by mass), good evaluation results were obtained as in Examples 22 to 28. For Example 29, as in Examples 23 to 26, both suppression of yellowing and solderability were both very good.

一方、Sn−Ag−Cu合金(Agの含有量:4質量%、Cuの含有量:0.5質量%)を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例19においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例20〜23においては、比較例2〜5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例24においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。   On the other hand, also with respect to the solder containing the Sn-Ag-Cu alloy (content of Ag: 4% by mass, content of Cu: 0.5% by mass), similar to Comparative Example 1 in Comparative Example 19 not containing As. Although the solder wettability was very good, it was not possible to suppress the yellow change. In addition, in Comparative Examples 20 to 23 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), as in Comparative Examples 2 to 5, although the solder wettability is very good, the As concentration is high. Layer was not formed, and the yellowing could not be suppressed. Furthermore, in Comparative Example 24 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As concentrated layer is formed, and although the suppression of yellow change is very good, sufficient solder Wettability was not obtained.

また、Agの含有量を4質量%、Cuの含有量を1質量%に変更したSn−Ag−Cu合金を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例25においては比較例19と同様に、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例26においては比較例23と同様に、不十分な評価結果となった。   Further, as to the solder containing a Sn-Ag-Cu alloy in which the content of Ag is changed to 4% by mass and the content of Cu to 1% by mass, Comparative Example 25 not containing As is similar to Comparative Example 19 In Comparative Example 26 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), the evaluation results are insufficient as in Comparative Example 23.

(実施例30〜37、比較例27〜34)
上記の表1に示す組成の代わりに、以下の表5に示す組成を用いた以外は実施例1〜7及び比較例1〜6と同様にして、実施例30〜37及び比較例27〜34のはんだボールを製造した。
(Examples 30 to 37, Comparative Examples 27 to 34)
Examples 30 to 37 and Comparative Examples 27 to 34 are the same as Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except that the compositions shown in Table 5 below were used instead of the compositions shown in Table 1 above. Manufactured solder balls.

そして、実施例30〜37及び比較例27〜34それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表5に示す。   And about the solder ball of each of Examples 30 to 37 and Comparative Examples 27 to 34, as described above, (1) evaluation of presence or absence of As concentrated layer, (2) evaluation of suppression of yellow change, and (3) solder The wettability was evaluated. The evaluation results are shown in Table 5 below.

Figure 2019093425
Figure 2019093425

上記表5の結果より、Sn−Ag−Cu−Ni−Co合金(Agの含有量:3質量%、Cuの含有量:0.5質量%、Niの含有量:0.05質量%、Coの含有量:0.01質量%)を含むはんだに関しても、Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)である実施例30〜36においては、実施例1〜7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70〜200質量ppm(0.0070〜0.0200質量%)である実施例31〜34においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。   From the results in Table 5 above, Sn-Ag-Cu-Ni-Co alloy (Ag content: 3% by mass, Cu content: 0.5% by mass, Ni content: 0.05% by mass, Co In Examples 30 to 36 in which the content of As is 40 to 320 mass ppm (0.0040 to 0.0320 mass%), a solder containing 0.01 mass% of the content of As in the case of ̃7, an As-enriched layer was formed, and it was very good or good in both suppression of yellow change and solder wettability. In particular, in Examples 31 to 34 in which the content of As is 70 to 200 mass ppm (0.0070 to 0.0200 mass%), both suppression of yellow change and solder wettability were very good. .

また、Niの含有量を0.15質量%、Coの含有量を0.015質量%に変更したSn−Ag−Cu−Ni−Co合金を含むはんだに関しても、Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)である実施例37において、実施例30〜36と同様に良好な評価結果が得られた。実施例37については、実施例31〜34と同様に、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。   In addition, the content of As is 40 to 320 also for a solder including a Sn-Ag-Cu-Ni-Co alloy in which the content of Ni is changed to 0.15% by mass and the content of Co to 0.015% by mass. In Example 37 which is mass ppm (0.0040-0.0320 mass%), the favorable evaluation result was obtained similarly to Examples 30-36. For Example 37, as in Examples 31 to 34, both suppression of yellowing and solderability were both very good.

一方、Sn−Ag−Cu−Ni−Co合金(Agの含有量:3質量%、Cuの含有量:0.5質量%、Niの含有量:0.05質量%、Coの含有量:0.01質量%)を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例27においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例28〜31においては、比較例2〜5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例32においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。   Meanwhile, Sn-Ag-Cu-Ni-Co alloy (Ag content: 3% by mass, Cu content: 0.5% by mass, Ni content: 0.05% by mass, Co content: 0 As for the solder containing .01% by mass, in Comparative Example 27 not containing As, as in Comparative Example 1, although the solder wettability was very good, the yellow change could not be suppressed. Moreover, in Comparative Examples 28 to 31 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), as in Comparative Examples 2 to 5, although the solder wettability is very good, the As concentration is high. Layer was not formed, and the yellowing could not be suppressed. Furthermore, in Comparative Example 32 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed, and although the suppression of yellow change is very good, sufficient solder Wettability was not obtained.

また、Niの含有量を0.15質量%、Coの含有量を0.015質量%に変更したSn−Ag−Cu−Ni−Co合金を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例33においては比較例27と同様に、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例34においては比較例32と同様に、不十分な評価結果となった。   Further, in the case of a solder including a Sn-Ag-Cu-Ni-Co alloy in which the content of Ni is changed to 0.15% by mass and the content of Co to 0.015% by mass, Comparative Example 33 not containing As is In the same manner as in Comparative Example 27, in Comparative Example 34 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), the evaluation results are insufficient as in Comparative Example 32.

(実施例38〜44、比較例35〜40)
上記の表1に示す組成の代わりに、以下の表6に示す組成を用いた以外は実施例1〜7及び比較例1〜6と同様にして、実施例38〜44及び比較例35〜40のはんだボールを製造した。
(Examples 38 to 44, Comparative Examples 35 to 40)
Examples 38 to 44 and Comparative Examples 35 to 40 are the same as Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 except that the compositions shown in Table 6 below are used instead of the compositions shown in Table 1 above. Manufactured solder balls.

そして、実施例38〜44及び比較例35〜40それぞれのはんだボールについて、上記のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)黄色変化の抑制の評価、及び(3)はんだ濡れ性の評価を行った。評価結果を以下の表6に示す。   And about each solder ball of Examples 38-44 and comparative examples 35-40, as mentioned above, evaluation of the existence of (1) As concentrated layer, (2) evaluation of suppression of yellow change, and (3) solder The wettability was evaluated. The evaluation results are shown in Table 6 below.

Figure 2019093425
Figure 2019093425

上記表6の結果より、Sn−In合金を含むはんだに関しても、Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)である実施例38〜44においては、実施例1〜7と同様に、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれにおいても非常に良好又は良好であった。特に、Asの含有量が70〜200質量ppm(0.0070〜0.0200質量%)である実施例39〜42においては、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも非常に良好であった。   From the results of Table 6 above, Examples 38 to 44 in which the content of As is 40 to 320 mass ppm (0.0040 to 0.0320 mass%) also for the solder containing the Sn-In alloy, As in 1 to 7, an As-enriched layer was formed, and it was very good or good in both suppression of yellow change and solder wettability. In particular, in Examples 39 to 42 in which the content of As is 70 to 200 mass ppm (0.0070 to 0.0200 mass%), both suppression of yellow change and solder wettability are very good. .

一方、Sn−In合金を含むはんだに関しても、Asを含まない比較例35においては、比較例1と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、黄色変化を抑制することができなかった。また、Asの含有量が40質量ppm(0.0040質量%)未満である比較例36〜39においては、比較例2〜5と同様に、はんだ濡れ性は非常に良好であるものの、As濃化層が形成されておらず、黄色変化を抑制することができなかった。さらに、Asの含有量が320質量ppm(0.0320質量%)を超える比較例40においては、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制は非常に良好であるものの、十分なはんだ濡れ性が得られなかった。   On the other hand, regarding the solder containing the Sn-In alloy, in Comparative Example 35 not containing As, as in Comparative Example 1, although the solder wettability is very good, the yellow change could not be suppressed. . Moreover, in Comparative Examples 36 to 39 in which the content of As is less than 40 mass ppm (0.0040 mass%), as in Comparative Examples 2 to 5, although the solder wettability is very good, the As concentration is high. Layer was not formed, and the yellowing could not be suppressed. Furthermore, in Comparative Example 40 in which the content of As exceeds 320 mass ppm (0.0320 mass%), an As-enriched layer is formed, and although the suppression of yellow change is very good, sufficient solder Wettability was not obtained.

また、実施例1〜44のはんだボールを、当業界で一般的な方法で加工することによりはんだ継手を製造することができる。Asの含有量が40〜320質量ppm(0.0040〜0.0320質量%)であり、As濃化層が形成されており、黄色変化の抑制及びはんだ濡れ性のいずれも優れた結果が得られている実施例1〜44のはんだボールは、加熱しても変色しにくいため、このようなはんだボールから得られるはんだ継手もまた変色しにくい。   Moreover, a solder joint can be manufactured by processing the solder ball of Examples 1-44 by a general method in this field. The content of As is 40 to 320 mass ppm (0.0040 to 0.0320 mass%), an As-concentrated layer is formed, and excellent results are obtained in terms of both suppression of yellow change and solder wettability. Since the solder balls of Examples 1 to 44 which have been subjected to this method do not easily discolor even if heated, the solder joints obtained from such solder balls also do not easily discolor.

Claims (5)

Sn又はSn系合金と、40〜320質量ppmのAsとを含み、As濃化層を有することを特徴とする耐変色性はんだ材料。   What is claimed is: 1. A color-resistant solder material comprising a Sn or Sn-based alloy and 40 to 320 mass ppm of As, and having an As-enriched layer. 前記Sn又はSn系合金が、0〜4質量%のAg、0〜1質量%のCu、0〜52質量%のIn、0〜0.15質量%のNi、及び0〜0.015質量%のCoを含み、残部がSnであることを特徴とする請求項1に記載のはんだ材料。   The said Sn or Sn-type alloy is 0-4 mass% Ag, 0-1 mass% Cu, 0-52 mass% In, 0-0.15 mass% Ni, and 0-0.015 mass% The solder material according to claim 1, wherein the solder material contains Co and the balance is Sn. 粉末であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のはんだ材料。   The solder material according to claim 1, which is a powder. 前記粉末が、球径1〜1000μmの球状粉末であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のはんだ材料   The solder material according to any one of claims 1 to 3, wherein the powder is a spherical powder having a sphere diameter of 1 to 1000 μm. Sn又はSn系合金と、40〜320質量ppmのAsとを含み、As濃化層を有することを特徴とする耐変色性はんだ継手。   A discoloration resistant solder joint comprising an Sn or Sn-based alloy and 40 to 320 mass ppm of As and having an As-enriched layer.
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