JP2802530B2 - 電子装置 - Google Patents
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- JP2802530B2 JP2802530B2 JP2026742A JP2674290A JP2802530B2 JP 2802530 B2 JP2802530 B2 JP 2802530B2 JP 2026742 A JP2026742 A JP 2026742A JP 2674290 A JP2674290 A JP 2674290A JP 2802530 B2 JP2802530 B2 JP 2802530B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
-
- 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
- H05K3/341—Surface mounted components
- H05K3/3421—Leaded components
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- Details Of Resistors (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属膜を形成（以下メタライズという）さ
れた被接合部に、銅系リードにより電子部品がはんだ付
けされてなる電子装置に係り、特に、はんだ付部分が高
温環境にさらされても反応相の成長が抑制され、熱疲労
が生じにくい、電子部品がプリント基板に接合されてな
る電子装置に関する。
れた被接合部に、銅系リードにより電子部品がはんだ付
けされてなる電子装置に係り、特に、はんだ付部分が高
温環境にさらされても反応相の成長が抑制され、熱疲労
が生じにくい、電子部品がプリント基板に接合されてな
る電子装置に関する。
電気・電子部品には、導電性およびはんだ付性等の面
から、被接合部材として主にCuまたはCu合金が用いられ
ている。そして、これらの被接合部材は、Sn系またはPb
−Sn系のはんだによって接合されるのが一般的である。
このような接合においては、被接合部材のCuとはんだ中
のSnとが反応し、被接合部材とはんだの界面にCu3Snお
よびCu6Sn5（以下、Cu3Sn等という）の化合物が形成さ
れる。
から、被接合部材として主にCuまたはCu合金が用いられ
ている。そして、これらの被接合部材は、Sn系またはPb
−Sn系のはんだによって接合されるのが一般的である。
このような接合においては、被接合部材のCuとはんだ中
のSnとが反応し、被接合部材とはんだの界面にCu3Snお
よびCu6Sn5（以下、Cu3Sn等という）の化合物が形成さ
れる。
これらの化合物の層は、はんだ付け（例えば230℃×1
0秒間保持）されたその時には非常に薄くて問題とはな
らない。しかし、はんだ付部に電流が流れたり、はんだ
付部が高温雰囲気にさらされたりすると、はんだ付部で
は、被接合部材のCuとはんだのSnとの反応が徐々に進
み、Cu,Sn等の化合物が形成されていく。この反応は、
はんだ中にSn元素が存在する限り進行して、上記化合物
の層は徐々に厚くなっていく。それに伴ってはんだ付部
の機械的強度が弱くなり、特にはんだ付部に熱応力や外
力等が加わった時、この層から割れを生じるという不具
合が発生する。また、割れまで至らなくとも、Cu3Sn等
の化合物の層が増大すれば、電気的抵抗が大きくなり、
好ましいことではない。
0秒間保持）されたその時には非常に薄くて問題とはな
らない。しかし、はんだ付部に電流が流れたり、はんだ
付部が高温雰囲気にさらされたりすると、はんだ付部で
は、被接合部材のCuとはんだのSnとの反応が徐々に進
み、Cu,Sn等の化合物が形成されていく。この反応は、
はんだ中にSn元素が存在する限り進行して、上記化合物
の層は徐々に厚くなっていく。それに伴ってはんだ付部
の機械的強度が弱くなり、特にはんだ付部に熱応力や外
力等が加わった時、この層から割れを生じるという不具
合が発生する。また、割れまで至らなくとも、Cu3Sn等
の化合物の層が増大すれば、電気的抵抗が大きくなり、
好ましいことではない。
そこで、Cu3Sn等の化合物の生成を抑制することがで
きるはんだとして、特開昭61−86091号公報でSn−Sb系
合金のはんだが提案されている。このはんだは、Sbが５
〜10wt％、Niが1wt％以下で残りがSnからなっており、
主にSbの作用によってCu3Sn等の化合物の生成を抑制す
るとしている。
きるはんだとして、特開昭61−86091号公報でSn−Sb系
合金のはんだが提案されている。このはんだは、Sbが５
〜10wt％、Niが1wt％以下で残りがSnからなっており、
主にSbの作用によってCu3Sn等の化合物の生成を抑制す
るとしている。
なお、プリント基板にスルホールが穿設され、このス
ルホール内に電子部品等のリード線が挿入されてはんだ
付けされる方法が従来より行われている。この方法によ
れば、リード線が拘束されるため、仮りにCu3Sn等の化
合物が成長していても、はんだ付部に割れが発生し、リ
ード線が抜けることはない。しかし近年、電子部品の搭
載密度が高くなり、FPP（Flat Plastic Package）およ
びPLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）等の面付はん
だ付けが多く使用されるようになって来たため、面付は
んだ付におけるCu3Sn等の化合物の生成を抑制する技術
開発が要望されていた。
ルホール内に電子部品等のリード線が挿入されてはんだ
付けされる方法が従来より行われている。この方法によ
れば、リード線が拘束されるため、仮りにCu3Sn等の化
合物が成長していても、はんだ付部に割れが発生し、リ
ード線が抜けることはない。しかし近年、電子部品の搭
載密度が高くなり、FPP（Flat Plastic Package）およ
びPLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）等の面付はん
だ付けが多く使用されるようになって来たため、面付は
んだ付におけるCu3Sn等の化合物の生成を抑制する技術
開発が要望されていた。
前述のSn−Sb系合金はんだには、Snが約90％含有され
ていて、Cu3Sn等の反応性が非常に高いため、Cu3Sn等の
反応を抑制することは実質的には困難であると考えられ
る。また、このSn−Sb系合金はんだには、NiやＰも添加
されているため、はんだとして必要なぬれ性およびはん
だの加工性においても問題がある。
ていて、Cu3Sn等の反応性が非常に高いため、Cu3Sn等の
反応を抑制することは実質的には困難であると考えられ
る。また、このSn−Sb系合金はんだには、NiやＰも添加
されているため、はんだとして必要なぬれ性およびはん
だの加工性においても問題がある。
本発明の課題は、被接合部にCu系材料を備えてはんだ
付けされた部品のはんだ付部に、Cu3Sn等の脆い化合物
が生成、成長するのを抑制するにある。
付けされた部品のはんだ付部に、Cu3Sn等の脆い化合物
が生成、成長するのを抑制するにある。
また、他の目的は、面付はんだで接合され該はんだ付
部の割れに対する信頼性の高い電子部品を用いたワープ
ロ、パソコン等の機械を提供するにある。
部の割れに対する信頼性の高い電子部品を用いたワープ
ロ、パソコン等の機械を提供するにある。
さらに他の目的は、銅系リード並びにプリント基板上
のメタライズ部とはんだとの界面に主としてCu6Sn5相を
形成し、脆弱なCu3Sn相の生成を制御するはんだ付方法
と、該方法ではんだ付された電気部品を提供するにあ
る。
のメタライズ部とはんだとの界面に主としてCu6Sn5相を
形成し、脆弱なCu3Sn相の生成を制御するはんだ付方法
と、該方法ではんだ付された電気部品を提供するにあ
る。
上記の課題は、少なくとも表面が銅であるリードフレ
ームに電気的に接続された電子部品を備え、該銅系リー
ドフレームがはんだによってプリント基板に接合されて
いる電子装置において、前記銅系リードフレームとはん
だとの間に主としてCu6Sn5相からなる反応層が成形され
ている電子装置によって達成される。
ームに電気的に接続された電子部品を備え、該銅系リー
ドフレームがはんだによってプリント基板に接合されて
いる電子装置において、前記銅系リードフレームとはん
だとの間に主としてCu6Sn5相からなる反応層が成形され
ている電子装置によって達成される。
上記の課題は、また、前記Cu6Sn5相が、前記反応層全
体の少なくとも60％の厚みを占めている請求項１に記載
の電子装置によっても達成される。
体の少なくとも60％の厚みを占めている請求項１に記載
の電子装置によっても達成される。
上記の課題は、また、銅系リードフレームが、重量
で、Sn0.5〜３％と、Ni0.05〜0.5％と、P,Ag,Si,Zn,Sb,
Mnのうち１種以上の合計で0.01〜1.0％と、を含有し、
残部は本質的にCuよりなるものである請求項１または２
に記載の電子装置によっても達成される。
で、Sn0.5〜３％と、Ni0.05〜0.5％と、P,Ag,Si,Zn,Sb,
Mnのうち１種以上の合計で0.01〜1.0％と、を含有し、
残部は本質的にCuよりなるものである請求項１または２
に記載の電子装置によっても達成される。
上記の課題は、また、前記はんだが、重量でZn0.3〜
３％を含有し、残部はSnからなる請求項１乃至３のいず
れかに記載の電子装置によっても達成される。
３％を含有し、残部はSnからなる請求項１乃至３のいず
れかに記載の電子装置によっても達成される。
上記の課題は、また、前記はんだが、重量でZn0.3〜
３％と、Ag,In,Au,Sb,Cuのうち１種以上を合計で10％以
下とを含有し、残部はSnからなる請求項１乃至３のいず
れかに記載の電子装置によっても達成される。
３％と、Ag,In,Au,Sb,Cuのうち１種以上を合計で10％以
下とを含有し、残部はSnからなる請求項１乃至３のいず
れかに記載の電子装置によっても達成される。
上記の課題は、また、少なくとも表面が銅であるリー
ドフレームに電気的に接続された電子部品を備え、該銅
系リードフレームがはんだによってメタライズされたプ
リント基板に接合されている電子装置において、前記銅
系リードフレームとはんだとの間に主としてCu6Sn5相か
らなる反応層が形成され、さらに、Cu−Zn相,Cu−Zn−S
n相，銅系リードフレームとはんだの添加元素が形成す
る反応相が含まれている電子装置によっても達成され
る。
ドフレームに電気的に接続された電子部品を備え、該銅
系リードフレームがはんだによってメタライズされたプ
リント基板に接合されている電子装置において、前記銅
系リードフレームとはんだとの間に主としてCu6Sn5相か
らなる反応層が形成され、さらに、Cu−Zn相,Cu−Zn−S
n相，銅系リードフレームとはんだの添加元素が形成す
る反応相が含まれている電子装置によっても達成され
る。
上記の課題は、また、少なくとも表面が銅であるリー
ドフレームに電気的に接続された電子部品を備え、該銅
系リードフレームがはんだによってメタライズされたプ
リント基板に接合されている電子装置において、前記銅
系リードフレームは、重量で、Sn0.5〜３％と、Ni0.05
〜0.5％と、P,Ag,Si,Zn,Sb,Mnのうち１種以上の合計で
0.01〜0.1％と、を含有し、残部は本質的にCuよりなる
ものであることと、はんだは、重量で、Zn0.3〜３％
と、Ag,In,Au,Sb,Cuのうち１種以上を合計で10％以下含
有し、残部はSnからなるものであることと、該はんだ
が、前記銅系リードフレーム表面に予め配置されたもの
である電子装置によっても達成される。
ドフレームに電気的に接続された電子部品を備え、該銅
系リードフレームがはんだによってメタライズされたプ
リント基板に接合されている電子装置において、前記銅
系リードフレームは、重量で、Sn0.5〜３％と、Ni0.05
〜0.5％と、P,Ag,Si,Zn,Sb,Mnのうち１種以上の合計で
0.01〜0.1％と、を含有し、残部は本質的にCuよりなる
ものであることと、はんだは、重量で、Zn0.3〜３％
と、Ag,In,Au,Sb,Cuのうち１種以上を合計で10％以下含
有し、残部はSnからなるものであることと、該はんだ
が、前記銅系リードフレーム表面に予め配置されたもの
である電子装置によっても達成される。
上記の課題は、さらに、少なくとも表面が銅であるリ
ードフレームをはんだによってメタライズされたプリン
ト基板に接合する電子部品のプリント基板への接合方法
において、前記銅系リードフレームは、重量で、Sn0.5
〜３％と、Ni0.05〜0.5％と、P,Ag,Si,Zn,Sb,Mnのうち
１種以上の合計で0.01〜0.1％と、を含有し、残部は本
質的にCuよりなるものであり、重量で、0.3〜３％のZn
と、Ag,In,Au,Sb,Cuのうち１種以上を合計で10％以下と
を含有し、残部はSnからなるはんだが、予め前記リード
フレームの接合面に付着されたのち、接合が行われる電
子部品のプリント基板への接合方法によっても達成され
る。
ードフレームをはんだによってメタライズされたプリン
ト基板に接合する電子部品のプリント基板への接合方法
において、前記銅系リードフレームは、重量で、Sn0.5
〜３％と、Ni0.05〜0.5％と、P,Ag,Si,Zn,Sb,Mnのうち
１種以上の合計で0.01〜0.1％と、を含有し、残部は本
質的にCuよりなるものであり、重量で、0.3〜３％のZn
と、Ag,In,Au,Sb,Cuのうち１種以上を合計で10％以下と
を含有し、残部はSnからなるはんだが、予め前記リード
フレームの接合面に付着されたのち、接合が行われる電
子部品のプリント基板への接合方法によっても達成され
る。
一般にプリント基板上には配線回路があらかじめ形成
されており、各種電子部品は、前記配線回路の所定の位
置にはんだ付等により接合される。この配線回路の形成
をここでは一般的にメタライズという。
されており、各種電子部品は、前記配線回路の所定の位
置にはんだ付等により接合される。この配線回路の形成
をここでは一般的にメタライズという。
Cu系リードフレームがZnを0.3〜3.0wt％含有するはん
だではんだ付けされると、はんだ付部の反応相には主と
してCu6Sn5相が生成されるとともに、Cu−Zn,Cu−Zn−S
nの合金相が形成され、はんだ付部が高温環境にさらさ
れても脆いCu3Sn相の成長が抑制される。
だではんだ付けされると、はんだ付部の反応相には主と
してCu6Sn5相が生成されるとともに、Cu−Zn,Cu−Zn−S
nの合金相が形成され、はんだ付部が高温環境にさらさ
れても脆いCu3Sn相の成長が抑制される。
このような反応相をもつはんだ付部で結合された電気
部品は、高温環境下に長時間さらされても、はんだ付部
に割れが発生せず、安定した動作が維持される。
部品は、高温環境下に長時間さらされても、はんだ付部
に割れが発生せず、安定した動作が維持される。
無酸素銅又はCu合金からなるCu系リードフレームから
なる被接合部材がSn系合金はんだではんだ付けされる
と、被接合部材のCuとはんだ中のSnとは親和力が強いた
め、Snが選択的に拡散し、被接合部材とはんだの界面に
Cu3Sn等の反応相が形成され、この反応相は高温雰囲気
のもとで成長する。Cu系合金がSn系合金はんだではんだ
付けされる限り、この現象は避けられない。
なる被接合部材がSn系合金はんだではんだ付けされる
と、被接合部材のCuとはんだ中のSnとは親和力が強いた
め、Snが選択的に拡散し、被接合部材とはんだの界面に
Cu3Sn等の反応相が形成され、この反応相は高温雰囲気
のもとで成長する。Cu系合金がSn系合金はんだではんだ
付けされる限り、この現象は避けられない。
そこで、Cuとの親和力がSnよりも強くかつ化合物を形
成し難い元素について種々実験が行われた結果、Znが、
この目的に最適であることが判明した。ZnはCuに対する
合金生成エンタルピがSnよりも小さく、つまり、反応相
を形成しやすい。
成し難い元素について種々実験が行われた結果、Znが、
この目的に最適であることが判明した。ZnはCuに対する
合金生成エンタルピがSnよりも小さく、つまり、反応相
を形成しやすい。
また、Znがどのようなはんだに含有されるかによって
も、その効果は異なってくる。検討した結果、Znが Snはんだ Sn3wt％以下で残部Pbはんだ Sb3wt％以下で残部Snはんだ 等に含有された場合に効果が良好であり、 Sn30〜60wt％で残部Pbはんだ に含有された場合は良好な結果は得られなかった。良く
使われている上記のはんだには、Cu3Sn相の成長を抑
制する効果はみられない。
も、その効果は異なってくる。検討した結果、Znが Snはんだ Sn3wt％以下で残部Pbはんだ Sb3wt％以下で残部Snはんだ 等に含有された場合に効果が良好であり、 Sn30〜60wt％で残部Pbはんだ に含有された場合は良好な結果は得られなかった。良く
使われている上記のはんだには、Cu3Sn相の成長を抑
制する効果はみられない。
必要なZnの含有量は、はんだの種類によっても若干異
なるが、全体的には、0.3〜3wt％の範囲で効果的であ
る。更に0.5〜1.5wt％の範囲で、効果が顕著である。Zn
が0.3wt％未満では、Cu3Sn相の成長を抑制する能力がや
や不足し、３％を超えると、Cu3Sn相の成長を抑制する
効果はあるものの、はんだ材としての流動性等が低下す
るので好ましくない。
なるが、全体的には、0.3〜3wt％の範囲で効果的であ
る。更に0.5〜1.5wt％の範囲で、効果が顕著である。Zn
が0.3wt％未満では、Cu3Sn相の成長を抑制する能力がや
や不足し、３％を超えると、Cu3Sn相の成長を抑制する
効果はあるものの、はんだ材としての流動性等が低下す
るので好ましくない。
また、0.3〜3wt％のZnを含有し、残部Snのはんだの中
に、Sb,In,Ag,Au,Cuのうちの１種以上が添加されても、
はんだ付性が損われない程度であればよい。もっとも、
これらの元素はZnと被接合部材の反応を妨げるものであ
ってはならない。添加量としては、約３％以下が妥当で
ある。
に、Sb,In,Ag,Au,Cuのうちの１種以上が添加されても、
はんだ付性が損われない程度であればよい。もっとも、
これらの元素はZnと被接合部材の反応を妨げるものであ
ってはならない。添加量としては、約３％以下が妥当で
ある。
また、被接合部材の材質がCu系合金のときにはCu3Sn
相が反応相としてはんだ付部に形成されやすいが、被接
合部材が他の材質、例えばFe系、Ni系等の場合は反応速
度が遅く、化合物の形成に長期間を要するので、問題に
ならない。
相が反応相としてはんだ付部に形成されやすいが、被接
合部材が他の材質、例えばFe系、Ni系等の場合は反応速
度が遅く、化合物の形成に長期間を要するので、問題に
ならない。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第
１図は基本的なFPPはんだ付継手を示し、電子部品１
は、リードフレーム２を介してプリント基板３上にメタ
ライズされた導体膜４に接続され、前記リードフレーム
２と前記導体膜４とは、はんだ５によって固定されて電
子装置を形成している。ミクロ的に観察されたはんだ付
部には、リードフレーム２側に反応相６が、導体膜４側
には前記反応相６と、はんだ相８をはさんで反応相７
が、それぞれ形成されている。前記反応相6,7が、Cu3Sn
等の化合物からなる相である。
１図は基本的なFPPはんだ付継手を示し、電子部品１
は、リードフレーム２を介してプリント基板３上にメタ
ライズされた導体膜４に接続され、前記リードフレーム
２と前記導体膜４とは、はんだ５によって固定されて電
子装置を形成している。ミクロ的に観察されたはんだ付
部には、リードフレーム２側に反応相６が、導体膜４側
には前記反応相６と、はんだ相８をはさんで反応相７
が、それぞれ形成されている。前記反応相6,7が、Cu3Sn
等の化合物からなる相である。
第１図に示される構成で、はんだの種類とはんだ付温
度および保持時間を、第１表に示すように種々に変えて
はんだ付けが行われ得られたはんだ付部に対し、熱サイ
クル試験が行われた。
度および保持時間を、第１表に示すように種々に変えて
はんだ付けが行われ得られたはんだ付部に対し、熱サイ
クル試験が行われた。
第１表で、Cuと表示されたものは100％Cu,Sn−1.5％S
b−0.5％Znは、Sbが1.5％、Znが0.5％、残りがSnを意味
する。％は全て重量％である。はんだ付温度と保持 時間で、260℃×10秒と記載されているのは、260℃に10
秒間保持してはんだ付けが行われた事を示す。以下の説
明でも同様である。
b−0.5％Znは、Sbが1.5％、Znが0.5％、残りがSnを意味
する。％は全て重量％である。はんだ付温度と保持 時間で、260℃×10秒と記載されているのは、260℃に10
秒間保持してはんだ付けが行われた事を示す。以下の説
明でも同様である。
試料１〜４が、本発明に係るものであり、試料5,7は
試料１との比較のために、試料６は試料２との比較のた
めに作成された。
試料１との比較のために、試料６は試料２との比較のた
めに作成された。
はんだ付けされた面付はんだ付継手部品の試料１〜７
に、−55℃〜＋150℃、１サイクルで１時間の熱サイク
ルが、500時間及び1000時間に亘って加えられた。500時
間、1000時間経過した試料が切断され、断面顕微鏡によ
りミクロ割れの有無が調査された。第２表は調査結果を
まとめて示している。
に、−55℃〜＋150℃、１サイクルで１時間の熱サイク
ルが、500時間及び1000時間に亘って加えられた。500時
間、1000時間経過した試料が切断され、断面顕微鏡によ
りミクロ割れの有無が調査された。第２表は調査結果を
まとめて示している。
なお、はんだ付されるリードフレーム表面には、あら
かじめ、該当するはんだがめっきされたが、印刷等の方
法より、リードフレームの接合面側にのみ付着、配置し
ておくとよい。
かじめ、該当するはんだがめっきされたが、印刷等の方
法より、リードフレームの接合面側にのみ付着、配置し
ておくとよい。
第２表に示されるように試料１〜４には、熱サイクル
500時間及び1000時間経過後においてもはんだ付部には
割れは認められなかった。当然ながらリードフレーム２
側の反応相６と導体膜４の反応相７は形成されていた。
しかしこれらの反応相6,7およびはんだ相８のどこにも
割れは発生していなかった。反応相6,7にはEPMA（Elect
rno Probe Micro Analysis）分析結果から試料１ではC
u,Zn,Snと、わずかにSbが含有され、試料２ではCu,Zn,S
nからなり、試料３ではCu,Zn,Agからなり、試料４で
は、Fe,Ni,Zn,Snからなっていた。つまり、従来割れの
問題となっていた被接合部材とSnという２元反応相は見
られず、Zn添加のはんだをを用いた効果が表れており、
この現象はSnよりもZnの反応が著しいことを意味してい
る。
500時間及び1000時間経過後においてもはんだ付部には
割れは認められなかった。当然ながらリードフレーム２
側の反応相６と導体膜４の反応相７は形成されていた。
しかしこれらの反応相6,7およびはんだ相８のどこにも
割れは発生していなかった。反応相6,7にはEPMA（Elect
rno Probe Micro Analysis）分析結果から試料１ではC
u,Zn,Snと、わずかにSbが含有され、試料２ではCu,Zn,S
nからなり、試料３ではCu,Zn,Agからなり、試料４で
は、Fe,Ni,Zn,Snからなっていた。つまり、従来割れの
問題となっていた被接合部材とSnという２元反応相は見
られず、Zn添加のはんだをを用いた効果が表れており、
この現象はSnよりもZnの反応が著しいことを意味してい
る。
これに対し、試料5,6は熱サイクル500時間で既に割れ
が発生していた。その箇所も当然の如くCuとSnの成分か
らなる反応相6,7が、割れの起点になっていた。反応相
を更に詳しく観察するとリードフレーム２側の反応相と
はんだ５側の反応相の２相から成っていた。そして割れ
はリードフレーム２側の反応相が起点となりはんだ５側
反応相に連がっていた。割れは可成多く発生していた。
また、試料７の継手については、500時間経過時点では
割れは認められなかったが、1000時間後には割れが明ら
かに認められた。Sbの効果は少し見られるが1000時間経
過後の割れを抑制するには不十分であった。
が発生していた。その箇所も当然の如くCuとSnの成分か
らなる反応相6,7が、割れの起点になっていた。反応相
を更に詳しく観察するとリードフレーム２側の反応相と
はんだ５側の反応相の２相から成っていた。そして割れ
はリードフレーム２側の反応相が起点となりはんだ５側
反応相に連がっていた。割れは可成多く発生していた。
また、試料７の継手については、500時間経過時点では
割れは認められなかったが、1000時間後には割れが明ら
かに認められた。Sbの効果は少し見られるが1000時間経
過後の割れを抑制するには不十分であった。
上記実験結果はプリント基板でのFPP面付はんだ付継
手について割れの有無を調査した結果を示すものがある
が、この他の面付はんだ付、例えば第２図に示されるPL
CC等の継手についても同様のリードフレーム、導体膜、
はんだの組合せで熱サイクル試験が実施された。そし
て、前記試料１〜４に対応するZnを用いたはんだ付継手
には割れが検出されなかった。さらに本実施例は、プリ
ント基板以外にアルミナ、ムライト等の基板の面付はん
だ付継手も適用できる。
手について割れの有無を調査した結果を示すものがある
が、この他の面付はんだ付、例えば第２図に示されるPL
CC等の継手についても同様のリードフレーム、導体膜、
はんだの組合せで熱サイクル試験が実施された。そし
て、前記試料１〜４に対応するZnを用いたはんだ付継手
には割れが検出されなかった。さらに本実施例は、プリ
ント基板以外にアルミナ、ムライト等の基板の面付はん
だ付継手も適用できる。
また、Cu系リードフレームとはんだとの界面に生成
し、高温放置により成長する反応相が、Zn添加されたは
んだを用いることによって、成長が抑制される効果を明
らかにするために、試料２の作成に用いられたSn−１％
Znのはんだと試料５の作成に用いられたPb−50％Snの従
来のはんだを用いた面付部品に対し、150℃、500h及び1
000hの高温放温試験が行われた。夫々の高温報知試験後
に各面付部品は樹脂に埋込まれ、反応層の断面部の顕微
鏡組織写真から反応層の厚さが測定された。測定結果を
第３図に示す。試料５のPb−50％Snんはんだを用いた反
応層厚さは初期（はんだ付時の反応層厚さ）で約２μｍ
であるのに対し、500h経過すると約10μｍ、1000h経過
すると約15μｍと時間の経過につれ著しく反応層は成長
する。そして反応層はε相（Cu3Sn）とη相（Cu6Sn5）
の２相からなっていることが判った。第２表の熱サイク
ル試験で検出された割れの発生点がこのε相であること
も判明した。割れは反応層が薄い初期の状態では見られ
ず、従って反応層の成長が抑制されれば割れは発生し難
い。
し、高温放置により成長する反応相が、Zn添加されたは
んだを用いることによって、成長が抑制される効果を明
らかにするために、試料２の作成に用いられたSn−１％
Znのはんだと試料５の作成に用いられたPb−50％Snの従
来のはんだを用いた面付部品に対し、150℃、500h及び1
000hの高温放温試験が行われた。夫々の高温報知試験後
に各面付部品は樹脂に埋込まれ、反応層の断面部の顕微
鏡組織写真から反応層の厚さが測定された。測定結果を
第３図に示す。試料５のPb−50％Snんはんだを用いた反
応層厚さは初期（はんだ付時の反応層厚さ）で約２μｍ
であるのに対し、500h経過すると約10μｍ、1000h経過
すると約15μｍと時間の経過につれ著しく反応層は成長
する。そして反応層はε相（Cu3Sn）とη相（Cu6Sn5）
の２相からなっていることが判った。第２表の熱サイク
ル試験で検出された割れの発生点がこのε相であること
も判明した。割れは反応層が薄い初期の状態では見られ
ず、従って反応層の成長が抑制されれば割れは発生し難
い。
それに対し、試料２のSn−１％Znはんだを用いた場合
の反応層厚さは、500hで約３μｍ、1000hで６μｍ以下
にしか成長せず、試料５と比較し成長が遅いことが明ら
かである。しかも反応相は１相であり、主に（95％）η
相（Cu6Sn5）であり、その他にCu5Zn8,CuZn等がＸ線回
析結果から認められたがε相は、検知されなかった。そ
して第２表に示す結果においても反応相に割れは見出せ
なかった。このように本発明のはんだ付により実装され
た電子部品は反応相厚の成長が遅く、割れも生じ難いこ
とが分る。割れ抑制のためにはη相が反応層の厚さに占
める割合は、少くとも60％が必要である。
の反応層厚さは、500hで約３μｍ、1000hで６μｍ以下
にしか成長せず、試料５と比較し成長が遅いことが明ら
かである。しかも反応相は１相であり、主に（95％）η
相（Cu6Sn5）であり、その他にCu5Zn8,CuZn等がＸ線回
析結果から認められたがε相は、検知されなかった。そ
して第２表に示す結果においても反応相に割れは見出せ
なかった。このように本発明のはんだ付により実装され
た電子部品は反応相厚の成長が遅く、割れも生じ難いこ
とが分る。割れ抑制のためにはη相が反応層の厚さに占
める割合は、少くとも60％が必要である。
以上、述べたように試料１〜４の作成に用いられたよ
うなはんだを用いてCu系合金からなる被接合部材がはん
だ付けされると、被接合部材とはんだとの界面に主に、
Cu6Sn5相が形成されるとともに、その他にCu−Zn,Cu−Z
n−Snの合金相が形成され、Cu3Sn相の成長が抑制され
る。このような反応相をもつはんだ付部により結合され
たはんだ付物品は脆いCu3Sn相が成長できないため熱応
力や外力が作用しても、はんだ付部に割れが発生し難
い。
うなはんだを用いてCu系合金からなる被接合部材がはん
だ付けされると、被接合部材とはんだとの界面に主に、
Cu6Sn5相が形成されるとともに、その他にCu−Zn,Cu−Z
n−Snの合金相が形成され、Cu3Sn相の成長が抑制され
る。このような反応相をもつはんだ付部により結合され
たはんだ付物品は脆いCu3Sn相が成長できないため熱応
力や外力が作用しても、はんだ付部に割れが発生し難
い。
このようなはんだ付けにより電子部品が実装されたプ
リント基板は、パソコン、ワープロ、ビデオカメラ、テ
レビ、エレベータ制御、自動車用マイコン等に適用され
たとき、高温環境に長時間さらされても、はんだ付部に
割れが発生せず、機器の安定した動作を維持する効果を
奏する。
リント基板は、パソコン、ワープロ、ビデオカメラ、テ
レビ、エレベータ制御、自動車用マイコン等に適用され
たとき、高温環境に長時間さらされても、はんだ付部に
割れが発生せず、機器の安定した動作を維持する効果を
奏する。
また、Fe−42％NiにCuめっきが施されたリードフレー
ムを備えた部品に本発明が適用された場合も、Cuのリー
ドフレームにZnめっきが施され、従来のSn系合金はんだ
が用いられた場合も同様の効果が得られる。
ムを備えた部品に本発明が適用された場合も、Cuのリー
ドフレームにZnめっきが施され、従来のSn系合金はんだ
が用いられた場合も同様の効果が得られる。
以上説明したように、本発明によれば電子装置のはん
だ付が長時間、高温環境にさらされても、反応相の脆い
部分が成長せず、はんだ付部に割れが発生しないので、
電子装置の安定な動作が維持される効果がある。
だ付が長時間、高温環境にさらされても、反応相の脆い
部分が成長せず、はんだ付部に割れが発生しないので、
電子装置の安定な動作が維持される効果がある。
第１図は本発明の実施例である面付はんだ付けで接合さ
れた電子装置の断面図、第２図は本発明の他の実施例を
示す電子装置の断面図、第３図は高温放置後の反応相厚
を測定した結果を示すグラフである。 １……電子部品、２……リードフレーム、 ３……プリント基板、４……導体膜、５……はんだ、 6,7……反応相、８……はんだ相。
れた電子装置の断面図、第２図は本発明の他の実施例を
示す電子装置の断面図、第３図は高温放置後の反応相厚
を測定した結果を示すグラフである。 １……電子部品、２……リードフレーム、 ３……プリント基板、４……導体膜、５……はんだ、 6,7……反応相、８……はんだ相。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01G 4/228 H05K 3/34 H01L 23/48
Claims (8)
- 【請求項１】少なくとも表面が銅であるリードフレーム
に電気的に接続された電子部品を備え、該銅系リードフ
レームがはんだによってプリント基板に接合されている
電子装置において、前記銅系リードフレームとはんだと
の間に主としてCu6Sn5相からなる反応層が形成されてい
ることを特徴とする電子装置。 - 【請求項２】前記Cu6Sn5相は、前記反応層全体の少なく
とも60％の厚みを占めている請求項１に記載の電子装
置。 - 【請求項３】銅系リードフレームが、重量で、Sn0.5〜
３％と、Ni0.05〜0.5％と、P,Ag,Si,Zn,Sb,Mnのうち１
種以上の合計で0.01〜1.0％と、を含有し、残部は本質
的にCuよりなるものであることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の電子装置。 - 【請求項４】前記はんだが、重量でZn0.3〜３％を含有
し、残部はSnからなることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の電子装置。 - 【請求項５】前記はんだが、重量でZn0.3〜３％と、Ag,
In,Au,Sb,CUのうち１種以上を合計で10％以下含有し、
残部はSnからなることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の電子装置。 - 【請求項６】少なくとも表面が銅であるリードンフルー
ムに電気的に接続された電子部品を備え、該銅系リード
フレームがはんだによってメタライズされたプリント基
板に接合されている電子装置において、前記銅系リード
フレームとはんだとの間に主としてCu6Sn5相からなる反
応層が形成され、さらに、Cu−Zn相,Cu−Zn−Sn相，銅
系リードフレームとはんだの添加元素が形成する反応相
が含まれていることを特徴とするで電子装置。 - 【請求項７】少なくとも表面が銅であるリードフレーム
に電気的に接続された電子部品を備え、該銅系リードフ
レームがはんだによってメタライズされたプリント基板
に接合されている電子装置において、前記銅系リドーフ
レームは、重量で、Sn0.5〜３％と、Ni0.05〜0.5％と、
P,Ag,Si,Zn,Sb,Mnのうち１種以上の合計で0.01〜1.0％
と、を含有し、残部は本質的にCuよりなるものであるこ
とと、はんだは、重量で、Zn0.3〜３％と、Ag,In,Au,
Sb,Cuのうちの１種以上を合計で10％以下とを含有し、
残部はSnからなるものであることと、該はんだが、前記
銅系リードフレーム表面に予め配置されたものであるこ
ととを特徴とする電子装置。 - 【請求項８】少なくとも表面が銅であるリードフレーム
をはんだによってメタライズされたプリント基板に接合
する電子部品のプリント基板への接合方法において、前
記銅系リードフレームは、重量で、Sn0.5〜３％と、N
i0.05〜0.5％と、P,Ag,Si,Zn,Sb,Mnのうち１種以上の合
計で0.01〜1.0％と、を含有し、残部は本質的にCuより
なるものであることと、はんだは、重量で、Zn0.3〜３
％と、Ag,In,Au,Sb,Cuのうち１種以上を合計で10％以下
とを含有し、残部はSnからなるものであることと、該は
んだが、予め前記リードフレームの接合面に付着された
のち、接合が行われることを特徴とする電子部品のプリ
ント基板への接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2026742A JP2802530B2 (ja) | 1990-02-06 | 1990-02-06 | 電子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2026742A JP2802530B2 (ja) | 1990-02-06 | 1990-02-06 | 電子装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03230509A JPH03230509A (ja) | 1991-10-14 |
| JP2802530B2 true JP2802530B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=12201756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2026742A Expired - Fee Related JP2802530B2 (ja) | 1990-02-06 | 1990-02-06 | 電子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2802530B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007067158A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Hitachi Ltd | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6759142B2 (en) | 2001-07-31 | 2004-07-06 | Kobe Steel Ltd. | Plated copper alloy material and process for production thereof |
| JP2005142209A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Nec Infrontia Corp | 電子回路装置 |
| JP5376553B2 (ja) * | 2006-06-26 | 2013-12-25 | 日立金属株式会社 | 配線用導体及び端末接続部 |
-
1990
- 1990-02-06 JP JP2026742A patent/JP2802530B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007067158A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Hitachi Ltd | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP4569423B2 (ja) * | 2005-08-31 | 2010-10-27 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置の製造方法 |
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|---|---|
| JPH03230509A (ja) | 1991-10-14 |
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|---|---|---|---|
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