JP2584842B2 - 鉛系高融点はんだ合金 - Google Patents
鉛系高融点はんだ合金Info
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- JP2584842B2 JP2584842B2 JP63227589A JP22758988A JP2584842B2 JP 2584842 B2 JP2584842 B2 JP 2584842B2 JP 63227589 A JP63227589 A JP 63227589A JP 22758988 A JP22758988 A JP 22758988A JP 2584842 B2 JP2584842 B2 JP 2584842B2
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- high melting
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 はんだ合金、より詳しくは、ICなどの半導体装置のア
ッセリブリー（組み立て）の際に部材接合用はんだ材料
として使用するのに適した鉛（Pb）系高融点はんだ合金
に関し、 耐酸化性とはんだぬれ性とが良好で、ボイド発生量を
低減し、熱疲労寿命の長い高融点はんだ材料を提供する
ことを目的とし、 0.1〜1.0wt％のゲルマニウム、0.5〜1.5wt％の錫、1.
0〜2.0wt％の銀および残部が鉛と不可避的不純物からな
る鉛系高融点はんだ合金に構成する。
ッセリブリー（組み立て）の際に部材接合用はんだ材料
として使用するのに適した鉛（Pb）系高融点はんだ合金
に関し、 耐酸化性とはんだぬれ性とが良好で、ボイド発生量を
低減し、熱疲労寿命の長い高融点はんだ材料を提供する
ことを目的とし、 0.1〜1.0wt％のゲルマニウム、0.5〜1.5wt％の錫、1.
0〜2.0wt％の銀および残部が鉛と不可避的不純物からな
る鉛系高融点はんだ合金に構成する。
本発明は、はんだ合金、より詳しくは、ICなどの半導
体装置のアッセンブリー（組み立て）の際に部材接合用
はんだ材料として使用するのに適した鉛（Pd）系高融点
はんど合金関する。
体装置のアッセンブリー（組み立て）の際に部材接合用
はんだ材料として使用するのに適した鉛（Pd）系高融点
はんど合金関する。
近年、ICなどの半導体装置そしてコンピュータの高密
度、高実装化に伴い、温度階層をもったはんだ付け技術
が必要となり、通常のSn−Pbはんだ以外に低融点あるい
は高融点のはんだ材料が求められている。特に、半導体
装置の部材接合には、高融点のはんだ材料が求められて
いる。
度、高実装化に伴い、温度階層をもったはんだ付け技術
が必要となり、通常のSn−Pbはんだ以外に低融点あるい
は高融点のはんだ材料が求められている。特に、半導体
装置の部材接合には、高融点のはんだ材料が求められて
いる。
電子工業での上述した高融点はんだ材料として、金−
錫（Au−Sn）系合金はんだが使用されているが、このは
んだは非常に硬い材料であり、接合部に柔軟性が要求さ
れる場合には、使用できない。また、Au量が多いため
に、コスト高となっているので、安価でかつ機械的性質
に優れている鉛（Pb）系高融点はんだの使用が考えられ
ている。
錫（Au−Sn）系合金はんだが使用されているが、このは
んだは非常に硬い材料であり、接合部に柔軟性が要求さ
れる場合には、使用できない。また、Au量が多いため
に、コスト高となっているので、安価でかつ機械的性質
に優れている鉛（Pb）系高融点はんだの使用が考えられ
ている。
Pb系はんどのなかで広く用いられている鉛−錫（Pb−
Sn）系合金はんだは、凝固時の温度幅、すなわち、合金
状態図での液相線温度の固相線温度の差があるために、
凝固組織が粗大化してしまう。その結果として、柔軟性
の目安となる引張試験により伸びが小さいことから、機
械的特性に問題があり、熱疲労寿命がはんだ接合部に要
求される場合にはPb−Sn系合金はんだは接合信頼性に欠
ける。そこで、機械的特性に優れ、熱疲労寿命が長く、
かつ凝固温度幅がないPb系はんだ合金として、Pb−2.5w
t％Ag,Pb−1.5wt％Ag−1wt％Snなどの共晶はんだ合金が
提案されている。
Sn）系合金はんだは、凝固時の温度幅、すなわち、合金
状態図での液相線温度の固相線温度の差があるために、
凝固組織が粗大化してしまう。その結果として、柔軟性
の目安となる引張試験により伸びが小さいことから、機
械的特性に問題があり、熱疲労寿命がはんだ接合部に要
求される場合にはPb−Sn系合金はんだは接合信頼性に欠
ける。そこで、機械的特性に優れ、熱疲労寿命が長く、
かつ凝固温度幅がないPb系はんだ合金として、Pb−2.5w
t％Ag,Pb−1.5wt％Ag−1wt％Snなどの共晶はんだ合金が
提案されている。
Pb−2.5wt％Agはんだは、はんだ材料として大切なぬ
れ性に問題あり、また、Pb−1.5wt％Ag−1wt％Snはんだ
は、ぬれ性は改善されるが、Pbが主成分のために、酸化
され易く、また、凝固の際のひけ巣に起因するボイド
（ボア）が発生し易いために信頼性の高い接合部が得ら
れなかった。
れ性に問題あり、また、Pb−1.5wt％Ag−1wt％Snはんだ
は、ぬれ性は改善されるが、Pbが主成分のために、酸化
され易く、また、凝固の際のひけ巣に起因するボイド
（ボア）が発生し易いために信頼性の高い接合部が得ら
れなかった。
本発明の目的は、耐酸化性とはんだぬれ性とが良好
で、ボイド発生量を低減し、熱疲労寿命の長い高融点は
んだ材料を提供することである。
で、ボイド発生量を低減し、熱疲労寿命の長い高融点は
んだ材料を提供することである。
本発明の別の目的は、Pb−1.5wt％Ag−1wt％Sn共晶は
んだをベースとしてこのはんどの特性を向上させること
である。
んだをベースとしてこのはんどの特性を向上させること
である。
上述の目的が、0.1〜10wt％のゲルマニウム（Ge）、
0.5〜1.5wt％の錫（Sn）、1.0〜2.0wt％の銀（Ag）およ
び残部が鉛（Pb）と不可避的不純物からなる鉛系高融点
はんだ合金によって達成される。
0.5〜1.5wt％の錫（Sn）、1.0〜2.0wt％の銀（Ag）およ
び残部が鉛（Pb）と不可避的不純物からなる鉛系高融点
はんだ合金によって達成される。
Ge（0.1〜1.0wt％）の微量添加によって、熱疲労寿命
に優れかつぬれ性を改善されたPb−1.5wt％Ag−1wt％Sn
の特性を損なうことなく、すなわち、共晶組成での緻密
な組織とそれによる良好な機械的特性とを維持して、耐
酸化性向上およびボイド低減を図る。
に優れかつぬれ性を改善されたPb−1.5wt％Ag−1wt％Sn
の特性を損なうことなく、すなわち、共晶組成での緻密
な組織とそれによる良好な機械的特性とを維持して、耐
酸化性向上およびボイド低減を図る。
Ge微量添加ははんだ表面に薄い保護膜を形成して、外
部との熱のやりとりを小さくしより均一な冷却となり、
ひけ巣を減少させ、また、酸化も防止する。Ge添加量の
下限である0.1wt％未満では酸化防止の効果があまり見
られず、一方、上限である1.0wt％を越えると第１図に
示すように凝固温度幅（共晶温度と凝固開始温度との
差）が大きくなり、組織が粗大化し、気密性の低下によ
る疲労寿命に問題がある。AgおよびSnの含有量範囲は、
共晶組成より±0.5wt％であれば凝固組織の大部分は共
晶組成であって良好な特性が維持できる。
部との熱のやりとりを小さくしより均一な冷却となり、
ひけ巣を減少させ、また、酸化も防止する。Ge添加量の
下限である0.1wt％未満では酸化防止の効果があまり見
られず、一方、上限である1.0wt％を越えると第１図に
示すように凝固温度幅（共晶温度と凝固開始温度との
差）が大きくなり、組織が粗大化し、気密性の低下によ
る疲労寿命に問題がある。AgおよびSnの含有量範囲は、
共晶組成より±0.5wt％であれば凝固組織の大部分は共
晶組成であって良好な特性が維持できる。
なお、第１図は、共晶Pb−1.5wt％Ag−1wt％Snはんだ
にGe添加を行って、凝固開始温度を測定することによっ
て得られた結果を示す。
にGe添加を行って、凝固開始温度を測定することによっ
て得られた結果を示す。
以下、添加図面を参照して本発明の実施例および比較
例によって本発明を詳しく説明する。
例によって本発明を詳しく説明する。
あらかじめアルゴン（Ar）ガス雰囲気中でSn,Agおよ
びGeを所定の組成に溶解鋳造し、この合金とPbとを大気
中において溶解炉によって溶解合金化して、第１表に示
す組成の試料１〜24のはんだ合金を調製した。第１表
中、試料1,2,11〜13および19〜24が比較例であり、残り
は本発明に係るPb−Ag−Geはんだである。
びGeを所定の組成に溶解鋳造し、この合金とPbとを大気
中において溶解炉によって溶解合金化して、第１表に示
す組成の試料１〜24のはんだ合金を調製した。第１表
中、試料1,2,11〜13および19〜24が比較例であり、残り
は本発明に係るPb−Ag−Geはんだである。
溶解合金インゴットを圧延加工して0.2mm厚さの板材
とし、第２図に示すようにセラミック（アルミナ）基板
１とフランジ（42Ni−Fe）２との間にはんだ合金板３を
配置し、加熱してはんだ付けを行った。そして、その接
合部のはんだ付け性、気密性および耐酸化性を調べ、そ
の結果を第１表に示す。はんだ付け性の評価は、はんだ
が接着面全体に広がっている場合を○とし、一部欠けて
いる場合（ボンド・ポアなどがある場合）△とし、そし
て、はんだ接着面全体に広がってにない場合を×として
行った。気密性プローブ法Heリーク試験によって測定
し、１×10-8atm・cc/sec以下であれば気密性は良好で
ある。酸化防止効果は、溶融時のはんだの表面、および
はんだ付け後の接合部を母合金（はんだ合金板）と目視
で比較することにより評価した。また、はんだ合金の機
械的特性を調べるために、溶解合金でJIS規格1313号板
状試験片を鋳造加工により作製し、引張試験を行った
（歪み速度は0.5mm/minであった）。はんだ合金の伸び
と引張り強度（kg/mm2）とを第１表に示す。
とし、第２図に示すようにセラミック（アルミナ）基板
１とフランジ（42Ni−Fe）２との間にはんだ合金板３を
配置し、加熱してはんだ付けを行った。そして、その接
合部のはんだ付け性、気密性および耐酸化性を調べ、そ
の結果を第１表に示す。はんだ付け性の評価は、はんだ
が接着面全体に広がっている場合を○とし、一部欠けて
いる場合（ボンド・ポアなどがある場合）△とし、そし
て、はんだ接着面全体に広がってにない場合を×として
行った。気密性プローブ法Heリーク試験によって測定
し、１×10-8atm・cc/sec以下であれば気密性は良好で
ある。酸化防止効果は、溶融時のはんだの表面、および
はんだ付け後の接合部を母合金（はんだ合金板）と目視
で比較することにより評価した。また、はんだ合金の機
械的特性を調べるために、溶解合金でJIS規格1313号板
状試験片を鋳造加工により作製し、引張試験を行った
（歪み速度は0.5mm/minであった）。はんだ合金の伸び
と引張り強度（kg/mm2）とを第１表に示す。
第１表からわかるように、Ge添加量は0.1〜1.0wt％が
耐酸化性、ぬれ性を向上させ、気密性の低下がない。
耐酸化性、ぬれ性を向上させ、気密性の低下がない。
本発明に係るはんだ合金は酸化防止、ひけ巣の低減に
よるはんだ付け性等の改善効果があるので、半導体装
置、電子機器のアッセンブリーに際して良好なはんだ接
合部が得られる。
よるはんだ付け性等の改善効果があるので、半導体装
置、電子機器のアッセンブリーに際して良好なはんだ接
合部が得られる。
第１図は、Ge添加量とPb−1.5wt％Ag−1wt％Snはんだの
凝固温度幅との関係を示すグラフであり、 第２図は、はんだ付けしたセラミックス基板およびフラ
ンジの概略断面図である。 １……セラミック基板、２……フランジ、 ３……はんだ合金板。
凝固温度幅との関係を示すグラフであり、 第２図は、はんだ付けしたセラミックス基板およびフラ
ンジの概略断面図である。 １……セラミック基板、２……フランジ、 ３……はんだ合金板。
Claims (1)
- 【請求項１】0.1〜1.0wt％のゲルマニウム、0.5〜1.5wt
％の錫、1.0〜2.0wt％の銀および残部が鉛と不可避的不
純物からなる鉛系高融点はんだ合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63227589A JP2584842B2 (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 鉛系高融点はんだ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63227589A JP2584842B2 (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 鉛系高融点はんだ合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0275493A JPH0275493A (ja) | 1990-03-15 |
| JP2584842B2 true JP2584842B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=16863287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63227589A Expired - Lifetime JP2584842B2 (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 鉛系高融点はんだ合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584842B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994020257A1 (en) * | 1993-03-03 | 1994-09-15 | Nihon Almit Co., Ltd. | High-strength soldering alloy |
| DE10115482A1 (de) * | 2001-03-29 | 2002-10-10 | Fraunhofer Ges Forschung | Lotzusammensetzung und Verfahren zur Herstellung desselben |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62230493A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-09 | Taruchin Kk | はんだ合金 |
-
1988
- 1988-09-13 JP JP63227589A patent/JP2584842B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 大澤直著「電子材料のはんだ付技術（第２版）」（昭和６０年１月１５日），工業調査会，第１０５頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0275493A (ja) | 1990-03-15 |
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