JP2557574B2 - はんだの接合構造 - Google Patents
はんだの接合構造Info
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
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- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
んだの接合構造に関するものである。
高い水準のものが求められるようになってきた。特に、
自動車用のICは種々の温度条件に対する優れた耐久
性、中でも低温状態と高温状態とを繰り返す、いわゆる
ヒートサイクルに対する耐久性能が要求されている。
イブリッドICは次のように作成される。すなわち、図
11に示すように、アルミナ製のハイブリッドIC基板
(以下単に基板という)22上にパターンの切ってある
図示しないスクリーンマスクを配置し、謄写版印刷の要
領で、基板22上に後述する導体23の構成要素を含む
ペーストを塗布して回路パターンを形成し、いわゆるス
クリーン印刷を施す。そして、それを焼成することによ
り、前記基板22上に導体23が形成される。
〔Ag/Pt=99.0〜99.3/1.0〜0.7
(重量比)〕により形成される。また、前記基板22と
導体23との間には、焼成して導体23を形成する際
に、ペースト中のビスマスや銅が混入された複合アルミ
ニウム酸化物を主成分とする接合層25が形成される。
次に、前記導体23上の所定の位置に、はんだ層24を
形成するはんだクリームを塗布し、その上から電子部品
27を配置する。その後、前記はんだクリームを溶融さ
せるいわゆるリフロー工程に供することにより、はんだ
層24を形成し、はんだ層24と電子部品27とを接合
する。前記はんだ層24は、一般的には銀、錫及び鉛
〔Ag/Sn/Pb=2/62/36(重量比)〕によ
り形成されている。また、さらに、リフロー工程の際に
熱履歴を受けることにより、前記導体23とはんだ層2
4との間には、導体23中の銀と、はんだ層24中の錫
とが拡散したことによる銀−錫合金層(金属間化合物)
26が形成される。
ように構成されたはんだの接合構造は、前記ヒートサイ
クルの回数が増えれば増えるほど、導体23を基板22
から引き剥す際の強度が著しく低下してしまっていた。
この剥離状態を観察した結果、基板22と接合層25と
の間での剥離がほとんどであった。
れたものであって、その目的は強固な接合力が得られる
とともに、その接合力がヒートサイクルの繰り返しによ
っても低下しにくいはんだの接合構造を、その製造工数
を増加させることなく低コストで成し得るようにするこ
とにある。
め、本発明は、基板上に導体を形成するとともに、その
上にはんだ層を形成してなる接合構造であって、前記導
体を銀及び白金により形成するとともに、前記はんだ層
を錫及び銀により形成した。
延性及び柔軟性を有し、ヒズミ等がはんだ層により吸収
される。導体とはんだ層との間の合金層の成長が少な
く、かつ、均一にでき、この合金層が銀−錫拡散のバリ
ヤとして働く。この合金層は導体上へのはんだ層の形成
の際に自発的に形成されるので、はんだ付けと別の工程
で銀−錫拡散のバリヤを形成する手間がなく、製造工数
の増加を抑えて低コストで強固な接合力が得られるとと
もに、その接合力がヒートサイクルの繰り返しによって
も低下しにくいはんだの接合構造が得られる。
リッドICに具体化した一実施例を種々の比較例と比較
しつつ、図1〜10に基づいて説明する。図1は本実施
例におけるハイブリッドIC1を模式的に示す要部断面
図である。同図に示すように、アルミナ製の基板2の上
には導体3が配線されている。前記導体3は、基板2上
にパターンの切ってあるスクリーンマスクを配置し、謄
写版印刷の要領で、導体3の構成要素を含むペーストを
塗布して回路パターンを形成し、スクリーン印刷を施
す。そして、それを焼成することにより形成される。こ
の導体3は、銀及び白金により形成されており、そのう
ち、白金の占める割合は0.8重量%である。なお、白
金の占める割合は0.7〜1.0重量%程度が最も好ま
しい。また、前記基板2と導体3との間には、焼成して
導体3を形成する際に、ペースト中のビスマスや銅が混
入された複合アルミニウム酸化物を主成分とする接合層
5が形成されている。
れており、その上にはリード線7が配置されている。前
記はんだ層4は、前記導体3上の所定の位置に、はんだ
層4の成分を含有したはんだクリームを塗布し、その上
からリード線7を配置した後、リフロー工程に供するこ
とにより形成される。前記はんだ層4は、錫及び銀のみ
によって形成されており(実施例1)、そのうち、銀の
占める割合は3.5重量%である。なお、銀の占める割
合は0.1〜5.0重量%程度が最も好ましい。また、
さらに、リフロー工程の際に熱履歴を受けることによ
り、前記導体3とはんだ層4との間には、導体3中の銀
と、はんだ層4中の錫とが拡散したことによる銀−錫合
金層(金属間化合物)6が形成されている。ただし、こ
の合金層(金属間化合物)6は、本実施例の組成の場
合、種々の熱履歴を受けても拡散が起こりにくく、きわ
めて薄いものとなっている。
とを比較した結果について説明する。なお、比較例1と
して錫62重量%/鉛36重量%/銀2重量%の組成比
を有するはんだを、比較例2として錫46重量%/鉛4
6重量%/ビスマス8重量%の組成比を有するはんだ
を、比較例3として錫10重量%/鉛88重量%/銀2
重量%の組成比を有するはんだをそれぞれ用いた。前記
比較例1〜3及び実施例1のはんだ組成及び機械的特性
を表1に示す。
る基板2をヒートサイクル試験に供した際の、ヒートサ
イクルに対する累積故障率の関係を図2に、また、ヒー
トサイクルに対する引き剥がし強度の関係を図3に示
す。なお、このヒートサイクル試験においては、低温槽
として−55℃の気槽中に30分放置した後、高温槽と
して150℃の気槽中に30分放置し、1サイクル
(回)とした。
はんだ材料は、250サイクル時点で故障率が高くなっ
ている。それに比べ、比較例3及び実施例1におけるは
んだ材料は、故障が発生し始めるのも遅く、その増加度
合も小さい。つまり、故障が起こりにくいことがわか
る。一方、図3に示すように、比較例2,3におけるは
んだ材料は、初期の引き剥がし強度が比較例1及び実施
例1におけるはんだ材料に比べ、30%程度低い。ま
た、比較例1におけるはんだ材料は、初期の引き剥がし
強度では実施例1におけるはんだ材料と等しいものの、
250回のサイクル数を経た場合、当初の40%程度に
まで引き剥し強度が低下してしまった。ところが、実施
例1におけるはんだ材料は250回のサイクル数を経た
後でも当初の90%程度の引き剥し強度を保持すること
ができた。また、1000回を経た後でも、当初の強度
の5割以上を保持することができ、優れた耐久性を示し
た。
ついて調べた。図4〜6は引き剥がし時におけるそれぞ
れ異なった剥離モードを示す顕微鏡写真である。図4に
示すモードはリード線7とはんだ層4の接合部で破壊
し、リード線7がはんだから抜けた状態を示す。図5に
示すモードは導体3があった箇所に茶色の膜を残して導
体3全体が剥離している状態を示す。図6に示すモード
は基板2の白い下地が見えた状態で剥離している状態を
示す。
んどの場合、図5又は図6に示すモードで剥離し、一
方、比較例3及び実施例1におけるはんだ材料は、図4
に示すモードで剥離する場合が多かった。図5又は図6
に示すモードで剥離するということは、導体3と基板2
との接合部が劣化したことを示す。すなわち、実施例1
におけるはんだ材料は、導体3と基板2との接合部の劣
化が少ないといえる。
化状況を表2に示す。
はんだ材料は、結晶粒の粗大化、はんだクラック(はん
だ層4に生じる亀裂)、基板クラック(基板2に生じる
亀裂)ともに250サイクルの段階で発生するが、比較
例3及び実施例1におけるはんだ材料は、前記結晶粒の
粗大化、はんだクラック、基板クラックが発生し始める
のが遅い。すなわち、実施例1におけるはんだ材料は、
ヒートサイクルに対して優れた耐久性を有しているとい
える。
の域を超えないが、銀を主成分とする導体3中にはんだ
材料の錫が拡散し、Ag3Sn等の銀−錫合金層(金属
間化合物)6を形成し、その時に体積が増加することが
原因で起こり、その結果、接合強度が低下するものと考
えられる。そこで、比較例1におけるはんだ材料と、実
施例1におけるはんだ材料との前記拡散状況の変化を調
べた。
の状態を、図8に実施例1におけるはんだ材料のヒート
サイクル試験500回後の状態をそれぞれ示す。また、
図9に比較例1におけるはんだ材料の初期の状態を、図
10に比較例1におけるはんだ材料のヒートサイクル試
験500回後の状態をそれぞれ示す。これらの図に示す
ように、比較例1におけるはんだ材料は500サイクル
後は銀−錫合金層(金属間化合物)6が形成されている
のに対し、実施例1におけるはんだ材料は500サイク
ル後も銀−錫合金層(金属間化合物)6は初期に比べて
もあまり形成されず、ほとんど変化がない。
験後(500サイクル終了時)における存在元素の定量
分析を行った。その結果を表3に示す。
はんだ材料は初期において、構成元素の割合は一定では
なく、位置によって異なっていたが、試験後は錫が導体
3材料内全体に拡散し、その比率はAg:Sn≒3:1
となっている。一方、比較例3及び実施例1におけるは
んだ材料は、初期及び試験後ともに構成元素の割合はほ
ぼ一定でその比率はAg:Sn≒3:1となっている。
このことから、実施例1におけるはんだ材料は、初期に
おいて導体3とはんだ層4との間に安定した銀−錫合金
層(金属間化合物)6が薄く形成され、高温下において
導体3への錫の拡散のバリアとして作用し、それ以上の
金属化合物の成長を抑止するものと考えられる。
ッドIC1(実施例1)は、基板2上の導体3を銀及び
白金により形成するとともに、はんだ層4を錫及び銀の
みにより形成したので、強固にはんだ接合することがで
きるとともに、接合部位はヒートサイクルに対して優れ
た耐久性能を発揮することができ、又、銀−錫拡散のバ
リヤとして作用する合金層6は導体3上へのはんだ層4
の形成の際に自発的に形成されるので、はんだ付けと別
の工程で銀−錫拡散のバリヤを形成する手間がなく、製
造工数の増加を抑えて低コスト化を図ることができる。
るとともに、その接合力がヒートサイクルの繰り返しに
よっても低下しにくいはんだの接合構造を、その製造工
数を増加させることなく低コストで実現することができ
るという効果を奏する。
ICを模式的に示す部分断面図である。
係を示すグラフである。
強度の関係を示すグラフである。
織の顕微鏡写真である。
鏡写真である。
顕微鏡写真である。
の構造を示す顕微鏡写真である。
試験後状態の結晶の構造を示す顕微鏡写真である。
の構造を示す顕微鏡写真である。
ル試験後状態の結晶の構造を示す顕微鏡写真である。
Cを模式的に示す部分断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】基板(2)上に導体(3)を形成するとと
もに、その上にはんだ層(4)を形成してなる接合構造
であって、前記導体(3)を銀及び白金により形成する
とともに、前記はんだ層(4)を錫及び銀により形成し
たことを特徴とするはんだの接合構造。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3109410A JP2557574B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-05-14 | はんだの接合構造 |
US08/210,605 US5489803A (en) | 1991-03-22 | 1994-03-18 | Solder-bonded structure |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3-59094 | 1991-03-22 | ||
JP5909491 | 1991-03-22 | ||
JP3109410A JP2557574B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-05-14 | はんだの接合構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06169160A JPH06169160A (ja) | 1994-06-14 |
JP2557574B2 true JP2557574B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=26400127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3109410A Expired - Lifetime JP2557574B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-05-14 | はんだの接合構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2557574B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57139995A (en) * | 1981-02-24 | 1982-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | Method of producing hybrid integrated circuit |
JPH06105828B2 (ja) * | 1985-02-26 | 1994-12-21 | 京セラ株式会社 | 電子部品の実装構造 |
JP3002673U (ja) * | 1994-04-01 | 1994-09-27 | マルイ包装株式会社 | 魚の変形防止部材の構造 |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP3109410A patent/JP2557574B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06169160A (ja) | 1994-06-14 |
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