JP2020011301A - はんだ材料、ソルダペースト、及びはんだ継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、経時での粘度上昇が抑制され、濡れ性及び信頼性に優れるはんだ材料、ソルダペースト、及びはんだ継手を提供することを目的とする。【解決手段】Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含み、As濃化層を有することを特徴とするはんだ材料。【選択図】図1
Description
本発明は、はんだ材料、ソルダペースト、及びはんだ継手に関する。
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。
はんだ材料は一般にSnを主成分とするところ、製造時や製造後にSnと空気中の酸素が反応し、表面にSn酸化物による膜が形成され、黄色の変色を引き起こすことがある。
はんだ材料の変色を改善する方法としては、はんだ材料に、P、Ge、Gaなどの元素を添加することが知られている。これらの元素は、Snよりも酸化物の標準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粉末やはんだボール等のはんだ材料を形成する際に、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、一般的にはんだ材料には、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、P、Ge、Gaなどの元素を添加した場合には、はんだ材料の濡れ性が低下してしまう。はんだ材料の濡れ性が悪いとはんだ付け不良が発生する原因になる。
また、はんだ付けの中でも、電子機器の基板への電子部品の接合・組立てにおいては、ソルダペーストを使用したはんだ付けがコスト面及び信頼性の面で有利であり、最も普通に行われている。ソルダペーストは、はんだ材料(はんだ粉末)と、ロジン、活性剤、チキソトロピック剤、溶剤などのはんだ材料以外の成分を含むフラックスとを混練してペースト状にした混合物である。
ソルダペーストの基板への塗布は、例えば、メタルマスクを用いたスクリーン印刷により行われる。そのため、ソルダペーストの印刷性を確保するために、ソルダペーストの粘度は適度である必要がある。しかし、一般に、ソルダペーストは、保存安定性に劣り、経時でソルダペーストの粘度が上昇してしまうことがある。
ソルダペーストの基板への塗布は、例えば、メタルマスクを用いたスクリーン印刷により行われる。そのため、ソルダペーストの印刷性を確保するために、ソルダペーストの粘度は適度である必要がある。しかし、一般に、ソルダペーストは、保存安定性に劣り、経時でソルダペーストの粘度が上昇してしまうことがある。
さらに、ソルダペーストを構成するはんだ材料においては、液相線温度(TL)と固相線温度(TS)との差(ΔT=TL−TS)が大きくなると、電子機器の基板に塗布後、凝固する際にはんだ材料の組織が不均一となりやすく、将来的な信頼性を低下させる原因になる。
Pbを含有するはんだ材料としては、例えば、Ag:2.8〜4.2重量%、Cu:0.4〜0.6重量%、Pbを50〜5000ppm含有し、残部がSn及び不可避不純物からなる成分組成を有しているバンプ用はんだ合金粉末が提案されている(特許文献1)。
しかし、特許文献1に記載されたはんだ材料は、バンプ形成時に生じる突起を抑制することを課題としていて、変色やソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇の問題を改善するものではない。
しかし、特許文献1に記載されたはんだ材料は、バンプ形成時に生じる突起を抑制することを課題としていて、変色やソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇の問題を改善するものではない。
以上のように、変色や、ペーストとしたときの経時での粘度上昇の問題が抑制され、しかも濡れ性及び信頼性にも優れるはんだ材料が望まれている。
本発明は、変色や、ペーストとしたときの経時での粘度上昇が小さく、濡れ性及び信頼性に優れるはんだ材料を提供することを目的とする。
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、表面側にAs濃化層を有するはんだ材料は、変色や、ペーストとしたときの粘度の経時変化が少なく、しかも、Asを含有するはんだ材料は通常は濡れ性が低くなる傾向があるにもかかわらず、表面にAs濃化層が形成されていれば、そのような濡れ性の低下もないことを見出し、このような材料を用いれば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。
すなわち、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。また、各元素の含有量は、例えば、JIS Z 3910 に準拠にしてICP−AESで分析することにより測定することができる。
すなわち、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。また、各元素の含有量は、例えば、JIS Z 3910 に準拠にしてICP−AESで分析することにより測定することができる。
[1] Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含み、As濃化層を有する、はんだ材料。
[2] 前記Sn又はSn系合金が、0.005〜40質量%のAg及び/又は0.001〜10質量%のCuを含むSn系合金である、[1]に記載のはんだ材料。
[3] 前記はんだ材料の形態が粉末である、[1]又は[2]に記載のはんだ材料。
[4] [3]に記載のはんだ材料、及びフラックスを含むソルダペースト。
[5] 酸化ジルコニウム粉末をさらに含む[4]に記載のソルダペースト。
[6] ソルダペースト全体の質量に対する酸化ジルコニウム粉末の含有量が0.05〜20.0質量%である、[5]に記載のソルダペースト。
[7] Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含み、As濃化層を有する、はんだ継手。
[2] 前記Sn又はSn系合金が、0.005〜40質量%のAg及び/又は0.001〜10質量%のCuを含むSn系合金である、[1]に記載のはんだ材料。
[3] 前記はんだ材料の形態が粉末である、[1]又は[2]に記載のはんだ材料。
[4] [3]に記載のはんだ材料、及びフラックスを含むソルダペースト。
[5] 酸化ジルコニウム粉末をさらに含む[4]に記載のソルダペースト。
[6] ソルダペースト全体の質量に対する酸化ジルコニウム粉末の含有量が0.05〜20.0質量%である、[5]に記載のソルダペースト。
[7] Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含み、As濃化層を有する、はんだ継手。
本発明によれば、変色が少なく、濡れ性も良好で、サイクル特性等の信頼性が高く、ソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇の小さいはんだ材料を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について説明する。
ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
本実施形態において、はんだ材料は、Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含む。
ここで、Snの純度は、特に限定されず、例えば、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。
また、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系合金中のSnの含有量に限定はないが、例えば、40質量%超とすることができる。
なお、Sn及びSn系合金は、不可避不純物を含んでいてもよい。
また、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系合金中のSnの含有量に限定はないが、例えば、40質量%超とすることができる。
なお、Sn及びSn系合金は、不可避不純物を含んでいてもよい。
本実施形態においてSn系合金は、はんだ濡れ性、融点、その他のはんだ材料としての物性の観点から、0.005〜40質量%のAg及び/又は0.001〜10質量%のCuを含み、残部がSnであるものが好ましい。
この場合、ΔTの観点からは、はんだ材料全体の質量に対するAgの含有量は、4質量%以下が好ましい。Agの含有量が3.8質量%を超えるとΔTが大幅に増大する傾向にある。はんだ材料全体の質量に対するAgの含有量は、0.1〜3.8質量%がより好ましく、0.5〜3.5質量%が最も好ましい。
また、ΔTの観点からは、はんだ材料全体の質量に対するCuの含有量は、1.0質量%以下が好ましい。Cuの含有量が0.9質量%を超えるとΔTが大幅に増大する傾向にある。はんだ材料全体の質量に対するCuの含有量は、0.05〜0.9質量%がより好ましく、0.1〜0.7質量%が最も好ましい。
なお、上記のAg及びCuの含有量の好ましい数値範囲は各々独立したものであって、Ag及びCuの含有量は各々独立して決定することができる。
この場合、ΔTの観点からは、はんだ材料全体の質量に対するAgの含有量は、4質量%以下が好ましい。Agの含有量が3.8質量%を超えるとΔTが大幅に増大する傾向にある。はんだ材料全体の質量に対するAgの含有量は、0.1〜3.8質量%がより好ましく、0.5〜3.5質量%が最も好ましい。
また、ΔTの観点からは、はんだ材料全体の質量に対するCuの含有量は、1.0質量%以下が好ましい。Cuの含有量が0.9質量%を超えるとΔTが大幅に増大する傾向にある。はんだ材料全体の質量に対するCuの含有量は、0.05〜0.9質量%がより好ましく、0.1〜0.7質量%が最も好ましい。
なお、上記のAg及びCuの含有量の好ましい数値範囲は各々独立したものであって、Ag及びCuの含有量は各々独立して決定することができる。
本実施形態において、はんだ材料全体の質量に対するAsの含有量は、40〜250質量ppm(0.0040〜0.0250質量%)であり、50〜150質量ppmが好ましく、50〜100質量ppmがより好ましい。Asの含有量が40質量ppm未満であると、As濃化層を形成することが極めて難しい。
Asは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が40〜250質量ppmであるという条件を満たし、はんだ材料中にAs濃化層が存在していれば、その一部又は全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、Sn系合金とは別に、例えばAs単体や酸化物として、存在していてもよい。
Asは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が40〜250質量ppmであるという条件を満たし、はんだ材料中にAs濃化層が存在していれば、その一部又は全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、Sn系合金とは別に、例えばAs単体や酸化物として、存在していてもよい。
本実施形態において、はんだ材料全体の質量に対するPbの含有量は、20質量ppm〜0.7質量%(0.002〜0.7質量%)である。Pbが十分に存在していると粘度上昇が抑制される傾向にあることが判明した。その理由は明らかではないが、PbはSnに対して貴な金属であり、そのため、Sn−Pb合金はSnよりもイオン化しにくく、フラックスへのイオン状態(塩)としての溶出が起こりにくくなるためと考えられる。ただし、機序はこれによらない。一方で、Pbの含有量が大きすぎると液相線温度(TL)と固相線温度(TS)との差(ΔT=TL−TS)が大きくなり、サイクル特性等の信頼性を低下させるおそれがある。このような観点から、はんだ材料全体の質量に対するPbの含有量は、0.005〜0.7質量%であることが好ましく、0.01〜0.5質量%であることがより好ましい。
Pbは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が20質量ppm〜0.7質量%であるという条件を満たしていれば、全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、その一部がSn系合金とは別に存在していてもよい。
Pbは、はんだ材料全体の質量に対する含有量が20質量ppm〜0.7質量%であるという条件を満たしていれば、全部がSnやSn系合金と共に合金(金属間化合物や固溶体等)を構成していてもよいし、その一部がSn系合金とは別に存在していてもよい。
本実施形態においては、はんだ材料は、その少なくとも一部にAs濃化層を有する。ここで、As濃化層とは、As濃度が、はんだ材料中の平均As濃度(はんだ材料全体の質量に対するAsの含有量)より高くなっている領域をいい、具体的には後述の判定基準により存在を確認することができる。
As濃化層は、はんだ材料の表面側の少なくとも一部に存在していることが好ましく、表面全体を覆っていることが好ましい。
As濃化層は、はんだ材料の表面側の少なくとも一部に存在していることが好ましく、表面全体を覆っていることが好ましい。
(判定基準)
5.0mm×5.0mmの大きさのサンプル(はんだ材料が板状でない場合には、5.0mm×5.0mmの範囲にはんだ材料(はんだ粉末、はんだボール等)を隙間なく敷き詰めたもの)を用意し、その中から任意の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回の分析を行う。全3回の分析の全てにおいて後述のS1とS2の大小関係が一致する場合(As濃化層が表面側に存在している場合は、全3回の分析全てにおいて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、S2及びD1の定義は以下の通りである。
S1:上述のサンプルについて行ったXPS分析のチャートにおいて、SiO2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:上述のサンプルについて行ったXPS分析のチャートにおいて、SiO2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:上述のサンプルについて行った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るSiO2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SiO2換算の深さ(nm)(図3参照)。
ただし、本判定基準におけるXPS分析の詳細な条件は、後述の「(1)As濃化層の有無の評価」の記載に従う。
なお、本判定基準においては、D1が定義できる、すなわち、XPS分析チャートにおいて、O原子の検出強度が最大値を取るということを前提としており、D1が定義できない場合(O原子の検出強度が常に一定等の場合)には、As濃化層は存在していないと判断するものとする。
5.0mm×5.0mmの大きさのサンプル(はんだ材料が板状でない場合には、5.0mm×5.0mmの範囲にはんだ材料(はんだ粉末、はんだボール等)を隙間なく敷き詰めたもの)を用意し、その中から任意の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回の分析を行う。全3回の分析の全てにおいて後述のS1とS2の大小関係が一致する場合(As濃化層が表面側に存在している場合は、全3回の分析全てにおいて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、S2及びD1の定義は以下の通りである。
S1:上述のサンプルについて行ったXPS分析のチャートにおいて、SiO2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:上述のサンプルについて行ったXPS分析のチャートにおいて、SiO2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:上述のサンプルについて行った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るSiO2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SiO2換算の深さ(nm)(図3参照)。
ただし、本判定基準におけるXPS分析の詳細な条件は、後述の「(1)As濃化層の有無の評価」の記載に従う。
なお、本判定基準においては、D1が定義できる、すなわち、XPS分析チャートにおいて、O原子の検出強度が最大値を取るということを前提としており、D1が定義できない場合(O原子の検出強度が常に一定等の場合)には、As濃化層は存在していないと判断するものとする。
As濃化層が存在すると、変色、濡れ性、ソルダペーストとしたときの粘度上昇の問題が解決できる理由は明らかでないが、粘度上昇はSnやSn酸化物とソルダペースト(フラックス)に含まれる活性剤等の各種添加剤との間で生じる反応により、塩が形成されたり、はんだ材料が凝集すること等によって引き起こされると考えられるところ、はんだ材料の表面にAs濃化層が存在すると、はんだ合金とフラックスの間にAs濃化層が介在することになり、上述のような反応が起こりにくくなるためと考えられる。ただし、機序はこれによらない。
本実施形態において、As濃化層の厚み(SiO2換算)に限定はないが、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。ここで、As濃化層の厚みとは、2×D1をいう。
As濃化層の厚みが上記の範囲であると、濡れ性に悪影響を及ぼすことなく、変色とソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇を十分に抑えることができる。
As濃化層の厚みが上記の範囲であると、濡れ性に悪影響を及ぼすことなく、変色とソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇を十分に抑えることができる。
本実施形態のはんだ材料は、はんだ材料全体の質量に対するAsの含有量及びPbの含有量が上記範囲内であり、はんだ材料にAs濃化層が含まれることにより、変色やソルダペーストとしたときの経時での粘度上昇が抑制され、しかも、濡れ性や信頼性にも優れる。
本実施形態のはんだ材料の製造方法に限定はなく、原料金属を溶融混合することにより製造することができる。
はんだ材料中にAs濃化層を形成する方法にも限定はない。As濃化層の形成方法の一例としては、はんだ材料を酸化雰囲気(空気や酸素雰囲気)中で加熱することが挙げられる。加熱温度に限定はないが、例えば、40〜200℃とすることができ、50〜80℃であってもよい。加熱時間にも限定はなく、例えば、数分〜数日間、好ましくは数分〜数時間とすることができる。十分な量のAs濃化層を形成するためには、加熱時間は10分以上、さらには20分以上とすることが好ましい。
はんだ材料中にAs濃化層を形成する方法にも限定はない。As濃化層の形成方法の一例としては、はんだ材料を酸化雰囲気(空気や酸素雰囲気)中で加熱することが挙げられる。加熱温度に限定はないが、例えば、40〜200℃とすることができ、50〜80℃であってもよい。加熱時間にも限定はなく、例えば、数分〜数日間、好ましくは数分〜数時間とすることができる。十分な量のAs濃化層を形成するためには、加熱時間は10分以上、さらには20分以上とすることが好ましい。
本実施形態において、はんだ材料の形態に特に限定されなく、棒はんだのような棒状であってもよいし、ワイヤ状であってもよいし、はんだボールやはんだ粉末等の粒子状であってもよい。
はんだ材料が粒子状であるとはんだ材料の流動性が向上する。
はんだ材料が粒子状であるとはんだ材料の流動性が向上する。
粒子状のはんだ材料の製造方法に限定はなく、溶融させたはんだ材料を滴下して粒子を得る滴下法や遠心噴霧する噴霧法、バルクのはんだ材料を粉砕する方法等、公知の方法を採用することができる。滴下法や噴霧法において、滴下や噴霧は、粒子状とするために不活性雰囲気や溶媒中で行うことが好ましい。
また、はんだ材料が粒子状である場合、JIS Z 3284−1:2014における粉末サイズの分類(表2)において記号1〜8に該当するサイズ(粒度分布)を有していると、微細な部品へのはんだ付けが可能となる。粒子状はんだ材料のサイズは、記号4〜8に該当するサイズであることがより好ましく、記号5〜8に該当するサイズであることがより好ましい。
はんだ材料が粒子状である場合、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。
はんだ材料が粒子状である場合、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。
本実施形態において、はんだ材料の使用形態は特に限定されない。例えば、油脂等と混合してやに入りはんだとしてもよいし、はんだ材料が粉末状である場合には、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ソルダペーストとして使用したり、はんだボールとして使用することができるが、本実施形態のはんだ材料は、ソルダペーストとした場合の経時的な粘度上昇が小さいので、とりわけソルダペーストとして使用するのに適している。
本実施形態において、ソルダペーストは、本実施形態のはんだ粉末とフラックスとを含む。
ここで、「フラックス」とは、ソルダペーストにおけるはんだ粉末以外の成分全体のことをいい、はんだ粉末とフラックスとの質量比(はんだ粉末:フラックス)に限定はなく、用途に応じて適宜設定することができる。
ここで、「フラックス」とは、ソルダペーストにおけるはんだ粉末以外の成分全体のことをいい、はんだ粉末とフラックスとの質量比(はんだ粉末:フラックス)に限定はなく、用途に応じて適宜設定することができる。
本実施形態において、フラックスの組成に限定はなく、例えば、樹脂成分;溶剤;活性剤、チクソ剤、pH調整剤、酸化防止剤、着色剤、消泡剤等の各種添加剤等を任意の割合で含むことができる。樹脂、溶剤、各種添加剤についても限定はなく、ソルダペーストにおいて一般に使用されているものが使用できる。活性剤については、好ましい具体例としては有機酸、アミン、ハロゲン(有機ハロゲン化合物、アミンハロゲン化水素酸塩)等が挙げられる。
本実施形態において、ソルダペーストは、酸化ジルコニウム粉末をさらに含むことができる。ソルダペースト全体の質量に対する酸化ジルコニウム粉末の含有量は、0.05〜20.0質量%が好ましく、0.05〜10.0質量%がより好ましく、0.1〜3質量%が最も好ましい。
酸化ジルコニウム粉末の含有量が上記範囲内であれば、フラックスに含まれる活性剤が酸化ジルコニウム粉末と優先的に反応し、はんだ粉末表面のSnやSn酸化物との反応が起こりにくくなることで経時変化による粘度上昇を更に抑制する効果が発揮される。
酸化ジルコニウム粉末の含有量が上記範囲内であれば、フラックスに含まれる活性剤が酸化ジルコニウム粉末と優先的に反応し、はんだ粉末表面のSnやSn酸化物との反応が起こりにくくなることで経時変化による粘度上昇を更に抑制する効果が発揮される。
ソルダペーストに添加する酸化ジルコニウム粉末の粒径の上限に限定はないが、5μm以下であることが好ましい。粒径が5μm以下であるとペーストの印刷性を維持することができる。また、下限も特に限定されることはないが、0.5μm以上であることが好ましい。上記粒径は、酸化ジルコニウム粉末のSEM写真を撮影し、視野内に存在する各粒子について画像解析により投影円相当径を求めたときの、投影円相当径が0.1μm以上であるものの投影円相当径の平均値とする。
酸化ジルコニウム粒子の形状は特に限定されないが、異形状であればフラックスとの接触面積が大きく増粘抑制効果がある。球形であると良好な流動性が得られるためにペーストとしての優れた印刷性が得られる。所望の特性に応じて適宜形状を選択すればよい。
酸化ジルコニウム粒子の形状は特に限定されないが、異形状であればフラックスとの接触面積が大きく増粘抑制効果がある。球形であると良好な流動性が得られるためにペーストとしての優れた印刷性が得られる。所望の特性に応じて適宜形状を選択すればよい。
本実施形態において、ソルダペーストは、本実施形態のはんだ材料(はんだ粉末)とフラックスとを公知の方法により混練することにより製造することができる。
本実施形態におけるソルダペーストは、例えば、電子機器における微細構造の回路基板に使用することができ、具体的には、メタルマスクを用いた印刷法、ディスペンサを用いた吐出法、又は転写ピンによる転写法等により、はんだ付け部に塗布し、リフローを行うことができる。
本実施形態におけるソルダペーストは、例えば、電子機器における微細構造の回路基板に使用することができ、具体的には、メタルマスクを用いた印刷法、ディスペンサを用いた吐出法、又は転写ピンによる転写法等により、はんだ付け部に塗布し、リフローを行うことができる。
本実施形態において、はんだ材料は、2つ又はそれ以上の各種部材を接合する継手(接合部分)として使用することができる。接合部材に限定はなく、例えば、電子機器部材の継手としても有用である。
本実施形態において、はんだ継手は、Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含み、少なくともその一部にAs濃化層を含む。本実施形態のはんだ継手は、上述の本実施形態のはんだ材料と同様の組成及び物性を有することができ、上述の本実施形態のはんだ材料を用いて形成することができる。
はんだ継手全体の質量に対するAsの含有量及びPbの含有量が上記範囲内であり、はんだ継手にAs濃化層が含まれる場合には、変色がなく信頼性に優れたはんだ継手となる。
本実施形態において、はんだ継手は、Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含み、少なくともその一部にAs濃化層を含む。本実施形態のはんだ継手は、上述の本実施形態のはんだ材料と同様の組成及び物性を有することができ、上述の本実施形態のはんだ材料を用いて形成することができる。
はんだ継手全体の質量に対するAsの含有量及びPbの含有量が上記範囲内であり、はんだ継手にAs濃化層が含まれる場合には、変色がなく信頼性に優れたはんだ継手となる。
本実施形態において、はんだ継手は、例えば、本実施形態のはんだ材料からなるはんだボールや本実施形態のソルダペーストを、接合予定部分に配置又は塗布し、加熱するなどの、当業界で一般的な方法で製造することができる。
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。
(評価)
実施例、比較例それぞれのはんだ粉末について、以下のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価を行った。
実施例、比較例それぞれのはんだ粉末について、以下のとおり、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価を行った。
(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:微小領域X線光電子分光分析装置(クレイトス・アナリティカル社製AXIS Nova)
・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(SiO2換算)
・サンプル:カーボンテープを貼ったステージ上にはんだ材料(実施例及び比較例におけるはんだ粉末)を隙間なく平坦に敷き詰めたものを3つ用意し、サンプルとした。ただし、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の中から、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及び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。
XPS分析により得られたチャートの一例を図1〜3に示す。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SiO2換算の深さ(nm)である。XPS分析のチャートにおいては、縦軸は、検出強度(cps)であり、横軸は、スパッタ時間(min)又はスパッタ時間からSiO2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SiO2換算の深さ(nm)のいずれかから選択できるが、図1〜3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SiO2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SiO2換算の深さ(nm)とした。
そして、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SiO2換算の深さをDo・max(nm)とした(図2参照)。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SiO2換算の深さをD1(nm)とした。
次いで、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(SiO2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(SiO2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)(図3参照)とを求め、その比較を行った。
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(×)
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:微小領域X線光電子分光分析装置(クレイトス・アナリティカル社製AXIS Nova)
・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(SiO2換算)
・サンプル:カーボンテープを貼ったステージ上にはんだ材料(実施例及び比較例におけるはんだ粉末)を隙間なく平坦に敷き詰めたものを3つ用意し、サンプルとした。ただし、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の中から、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及び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。
XPS分析により得られたチャートの一例を図1〜3に示す。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SiO2換算の深さ(nm)である。XPS分析のチャートにおいては、縦軸は、検出強度(cps)であり、横軸は、スパッタ時間(min)又はスパッタ時間からSiO2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SiO2換算の深さ(nm)のいずれかから選択できるが、図1〜3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SiO2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SiO2換算の深さ(nm)とした。
そして、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SiO2換算の深さをDo・max(nm)とした(図2参照)。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SiO2換算の深さをD1(nm)とした。
次いで、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(SiO2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(SiO2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)(図3参照)とを求め、その比較を行った。
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(×)
(2)増粘抑制の評価
以下の表1に示す組成の各材料を加熱撹拌した後、冷却することによりフラックスを調製した。調製したフラックス、並びに実施例、比較例それぞれのはんだ粉末を、フラックスとはんだ粉末との質量比(フラックス:はんだ粉末)が11:89となるように混練してソルダペーストを製造した。
以下の表1に示す組成の各材料を加熱撹拌した後、冷却することによりフラックスを調製した。調製したフラックス、並びに実施例、比較例それぞれのはんだ粉末を、フラックスとはんだ粉末との質量比(フラックス:はんだ粉末)が11:89となるように混練してソルダペーストを製造した。
得られたソルダペーストについて、JIS Z 3284−3の「4.2 粘度特性試験」に記載された方法に従って、回転粘度計(PCU−205、株式会社マルコム製)を用い、回転数:10rpm、測定温度:25℃にて、粘度を12時間測定し続けた。そして、初期粘度(撹拌30分後の粘度)と12時間後の粘度とを比較し、以下の基準に基づいて増粘抑制効果の評価を行った。
12時間後の粘度 ≦ 初期粘度×1.2 :経時での粘度上昇が小さく良好(○)
12時間後の粘度 > 初期粘度×1.2 :経時での粘度上昇が大きく不良(×)
12時間後の粘度 ≦ 初期粘度×1.2 :経時での粘度上昇が小さく良好(○)
12時間後の粘度 > 初期粘度×1.2 :経時での粘度上昇が大きく不良(×)
(3)はんだ濡れ性の評価
上記の「(2)増粘抑制の評価」と同様にして、実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末を用いてソルダペーストを製造した。
得られたソルダペーストを、Cu板上に開口径6.5mm、開口数4個、マスク厚0.2mmのメタルマスクを用いて印刷し、リフロー炉において、N2雰囲気下、昇温速度1℃/secで25℃から260℃まで加熱した後、室温(25℃)まで空冷し、4個のはんだバンプを形成した。光学顕微鏡(倍率:100倍)を用いて、得られたはんだバンプの外観を観察し、以下の基準に基づいて評価を行った。
4個のはんだバンプの全てにおいて溶融しきれないはんだ粒子が観察されなかった。
:はんだ濡れ性が良好(○)
4個のはんだバンプのうちの1個以上において溶融しきれないはんだ粒子が観察された。 :はんだ濡れ性が不良(×)
上記の「(2)増粘抑制の評価」と同様にして、実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末を用いてソルダペーストを製造した。
得られたソルダペーストを、Cu板上に開口径6.5mm、開口数4個、マスク厚0.2mmのメタルマスクを用いて印刷し、リフロー炉において、N2雰囲気下、昇温速度1℃/secで25℃から260℃まで加熱した後、室温(25℃)まで空冷し、4個のはんだバンプを形成した。光学顕微鏡(倍率:100倍)を用いて、得られたはんだバンプの外観を観察し、以下の基準に基づいて評価を行った。
4個のはんだバンプの全てにおいて溶融しきれないはんだ粒子が観察されなかった。
:はんだ濡れ性が良好(○)
4個のはんだバンプのうちの1個以上において溶融しきれないはんだ粒子が観察された。 :はんだ濡れ性が不良(×)
(4)信頼性の評価
実施例、比較例それぞれのはんだ粉末について、示差走査熱量計(EXSTAR DSC7020、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いて、昇温速度:5℃/分(180℃〜250℃)、降温速度:−3℃/分(250℃〜150℃)、キャリアガス:N2の測定条件でDSC測定を行い、液相線温度(TL)及び固相線温度(TS)を測定した。そして、液相線温度(TL)と固相線温度(TS)との差(ΔT=TL−TS)を算出し、以下の基準に基づいて評価を行った。
ΔTが10℃以内:信頼性に優れる(○)
ΔTが10℃超 :信頼性に劣る(×)
はんだ粉末の液相線温度(TL)と固相線温度(TS)との差(ΔT=TL−TS)が大きい場合、当該はんだ粉末を含むソルダペーストを電子機器の基板に塗布後、凝固する際に、はんだ粉末の表面に融点の高い組織が析出しやすい。はんだ粉末の表面に融点の高い組織が析出すると、その後、はんだ粉末の内側に向かって融点の低い組織が逐次析出し、はんだ粉末の組織が不均一となりやすく、サイクル性等の信頼性を低下させる原因になる。
実施例、比較例それぞれのはんだ粉末について、示差走査熱量計(EXSTAR DSC7020、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いて、昇温速度:5℃/分(180℃〜250℃)、降温速度:−3℃/分(250℃〜150℃)、キャリアガス:N2の測定条件でDSC測定を行い、液相線温度(TL)及び固相線温度(TS)を測定した。そして、液相線温度(TL)と固相線温度(TS)との差(ΔT=TL−TS)を算出し、以下の基準に基づいて評価を行った。
ΔTが10℃以内:信頼性に優れる(○)
ΔTが10℃超 :信頼性に劣る(×)
はんだ粉末の液相線温度(TL)と固相線温度(TS)との差(ΔT=TL−TS)が大きい場合、当該はんだ粉末を含むソルダペーストを電子機器の基板に塗布後、凝固する際に、はんだ粉末の表面に融点の高い組織が析出しやすい。はんだ粉末の表面に融点の高い組織が析出すると、その後、はんだ粉末の内側に向かって融点の低い組織が逐次析出し、はんだ粉末の組織が不均一となりやすく、サイクル性等の信頼性を低下させる原因になる。
(実施例A1〜A35、比較例A1〜A12)
Sn、As及びPbを、As及びPbの含有量が以下の表2に示すようになり、Snがその残部(Sn、As及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、JIS Z3284−1:2014の粉末サイズ分類(表2)の5に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例A1〜A6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量ははんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pbの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
Sn、As及びPbを、As及びPbの含有量が以下の表2に示すようになり、Snがその残部(Sn、As及びPbの合計が100質量%となるような残部)となるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、JIS Z3284−1:2014の粉末サイズ分類(表2)の5に該当)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例A1〜A6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量ははんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pbの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
(実施例B1〜B35、比較例B1〜B12)
Sn、As、Pb及びCuを、Cuの含有量が0.7質量%、As及びPbの含有量が以下の表3に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例B1〜B6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
Sn、As、Pb及びCuを、Cuの含有量が0.7質量%、As及びPbの含有量が以下の表3に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例B1〜B6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
(実施例C1〜C35、比較例C1〜C12)
Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が1.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表4に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例C1〜C6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
実施例C1で得られたはんだ粉末について、Sn、As、Pb、Ag及びCuの含有量をJIS Z 3910に準拠してICP−AESで分析したところ、仕込み量と一致していることが確認できた。
Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が1.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表4に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例C1〜C6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
実施例C1で得られたはんだ粉末について、Sn、As、Pb、Ag及びCuの含有量をJIS Z 3910に準拠してICP−AESで分析したところ、仕込み量と一致していることが確認できた。
(実施例D1〜D35、比較例D1〜D12)
Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が2.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表5に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例D1〜D6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が2.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表5に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例D1〜D6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
(実施例E1〜E35、比較例E1〜E12)
Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表6に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例E1〜E6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.0質量%、As及びPbの含有量が以下の表6に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例E1〜E6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
(実施例F1〜F35、比較例F1〜F12)
Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.5質量%、As及びPbの含有量が以下の表7に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例F1〜F6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
Sn、As、Pb、Ag及びCuを、Cuの含有量が0.5質量%、Agの含有量が3.5質量%、As及びPbの含有量が以下の表7に示すようになり、Snがその残部(Sn、As、Pb、Ag及びCuの合計が100質量%となるような残部)となるようになるよう秤取り、溶融混合し、Ar雰囲気中で遠心噴霧することにより粉末(平均粒径21μm、粉末サイズ分類の5)を調製した。得られた粉末を空気中において乾燥装置を用いて60℃で30分間加熱し、実施例、比較例のはんだ粉末を得た。ただし、比較例F1〜F6については、加熱処理は施さず、遠心噴霧に得られた粉末をそのままはんだ粉末とした。
なお、以下の表中、Asの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量ppm、Pb、Ag及びCuの含有量は、はんだ材料全体の質量に対する質量%である。
また、Snとしては、不可避不純物を含む3N材を用いた。
実施例及び比較例それぞれのはんだ粉末についての、(1)As濃化層の有無の評価、(2)増粘抑制の評価、(3)はんだ濡れ性の評価、(4)信頼性の評価の評価結果を以下の表2〜7に示す。
本発明のはんだ材料は、変色がなく、はんだ濡れ性やサイクル特性等の信頼性にも優れているため各種用途に利用でき、とりわけ、ペーストとしたときの経時での粘度上昇が小さいので、ソルダペースト用はんだ材料として好適に利用することができる。
Claims (7)
- Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含み、As濃化層を有する、はんだ材料。
- 前記Sn又はSn系合金が、0.005〜40質量%のAg及び/又は0.001〜10質量%のCuを含むSn系合金である、請求項1に記載のはんだ材料。
- 前記はんだ材料の形態が粉末である、請求項1又は2に記載のはんだ材料。
- 請求項3に記載のはんだ材料、及びフラックスを含むソルダペースト。
- 酸化ジルコニウム粉末をさらに含む請求項4に記載のソルダペースト。
- ソルダペースト全体の質量に対する酸化ジルコニウム粉末の含有量が0.05〜20.0質量%である、請求項5に記載のソルダペースト。
- Sn又はSn系合金、40〜250質量ppmのAs、及び20質量ppm〜0.7質量%のPbを含み、As濃化層を有する、はんだ継手。
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