JP3425332B2 - 電子部品電極材料および電子部品電極製造方法 - Google Patents
電子部品電極材料および電子部品電極製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品電極材料
及び電子部品電極の製造方法に関し、さらに詳しくは鉛
フリーはんだを接合材料として用いる場合に適した電子
部品電極用材料及び電子部品電極の製造方法に関する。
及び電子部品電極の製造方法に関し、さらに詳しくは鉛
フリーはんだを接合材料として用いる場合に適した電子
部品電極用材料及び電子部品電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の電子回路基板における表面実装
は、電子部品の小型化が進み、実装密度はますます高く
なっている。それに伴い、はんだ材料の高機能化が必要
となってきている。一方、ＰＬ法の施行に伴って、はん
だ付け接合部も高信頼性を求められるようになってき
た。また環境問題の立場から、従来の錫−鉛系合金はん
だに含まれる鉛が問題となってきている。それ故、その
ため、鉛を含むはんだに代替することができる鉛を含有
しないはんだ（鉛フリーはんだ）材料の開発が必要とな
っている。鉛フリーはんだ材料によるはんだ付けでは、
電子部品側の接合部分である電子部品電極の材料がはん
だ付け品質に大きく影響する。そこで、鉛フリーはんだ
接合材料に対応できる電子部品電極材料が求められてい
る。
は、電子部品の小型化が進み、実装密度はますます高く
なっている。それに伴い、はんだ材料の高機能化が必要
となってきている。一方、ＰＬ法の施行に伴って、はん
だ付け接合部も高信頼性を求められるようになってき
た。また環境問題の立場から、従来の錫−鉛系合金はん
だに含まれる鉛が問題となってきている。それ故、その
ため、鉛を含むはんだに代替することができる鉛を含有
しないはんだ（鉛フリーはんだ）材料の開発が必要とな
っている。鉛フリーはんだ材料によるはんだ付けでは、
電子部品側の接合部分である電子部品電極の材料がはん
だ付け品質に大きく影響する。そこで、鉛フリーはんだ
接合材料に対応できる電子部品電極材料が求められてい
る。
【０００３】以下に、従来の電子部品電極材料の例を説
明する。従来の電子部品電極材料は、接合材料であるは
んだの組成に合わせて、錫および鉛から構成された合金
からなっていた。しかし、鉛フリー接合材料（はんだ）
と従来の電子部品電極材料との組み合わせによるはんだ
付けでは、はんだ付け性およびはんだ付けの信頼性が、
必ずしも優れておらず、ビスマスを含む鉛フリー接合材
料と錫と鉛で構成された電子部品電極材料との組み合わ
せにおいて、この欠点が顕著に現れる。
明する。従来の電子部品電極材料は、接合材料であるは
んだの組成に合わせて、錫および鉛から構成された合金
からなっていた。しかし、鉛フリー接合材料（はんだ）
と従来の電子部品電極材料との組み合わせによるはんだ
付けでは、はんだ付け性およびはんだ付けの信頼性が、
必ずしも優れておらず、ビスマスを含む鉛フリー接合材
料と錫と鉛で構成された電子部品電極材料との組み合わ
せにおいて、この欠点が顕著に現れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鉛フリーは
んだを用いた電子部品電極材料のはんだ付けにおける上
記のような欠点を解消し、鉛フリーはんだによるはんだ
付け性を向上し、はんだ付け信頼性も向上することがで
きる電子部品電子材料を提供しようとするものである。
んだを用いた電子部品電極材料のはんだ付けにおける上
記のような欠点を解消し、鉛フリーはんだによるはんだ
付け性を向上し、はんだ付け信頼性も向上することがで
きる電子部品電子材料を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、接合材料として錫および銀からなる２成
分系はんだ、または錫、銀およびビスマスを含む多成分
系はんだを用いるときに使用される電子部品電極材料と
して、鉛を含まない合金材料、例えば、錫（Ｓｎ）−銀
（Ａｇ）共晶合金またはこれにビスマス（Ｂｉ）、銅
（Ｃｕ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択
される少なくとも１種の金属を添加した合金、あるいは
Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金またはこれにＡｇ、ＣｕおよびＩｎ
からなる群から選択される少なくとも１種の金属を添加
した合金を用いる。
め、本発明は、接合材料として錫および銀からなる２成
分系はんだ、または錫、銀およびビスマスを含む多成分
系はんだを用いるときに使用される電子部品電極材料と
して、鉛を含まない合金材料、例えば、錫（Ｓｎ）−銀
（Ａｇ）共晶合金またはこれにビスマス（Ｂｉ）、銅
（Ｃｕ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択
される少なくとも１種の金属を添加した合金、あるいは
Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金またはこれにＡｇ、ＣｕおよびＩｎ
からなる群から選択される少なくとも１種の金属を添加
した合金を用いる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の第１の形態では、錫と銀
とを基本成分とし、ビスマス、銅およびインジウムから
なる群から選択される少なくとも１種の金属を添加した
合金からなり、銀の含有量は１．５〜３．５重量％であ
り、添加した金属がビスマスの場合は含有量を３．０〜
１０．０重量％とし、銅の場合は含有量を０．１〜２．
０重量％とし、インジウムの場合は含有量を０．１〜１
０．０重量％とし、残部を錫とした合金を用いる。 この
第１の形態の合金を用いると、はんだ付け性、特に接合
強度を向上することができ、かつはんだ付け信頼性、特
に熱疲労特性を向上することができる。
とを基本成分とし、ビスマス、銅およびインジウムから
なる群から選択される少なくとも１種の金属を添加した
合金からなり、銀の含有量は１．５〜３．５重量％であ
り、添加した金属がビスマスの場合は含有量を３．０〜
１０．０重量％とし、銅の場合は含有量を０．１〜２．
０重量％とし、インジウムの場合は含有量を０．１〜１
０．０重量％とし、残部を錫とした合金を用いる。 この
第１の形態の合金を用いると、はんだ付け性、特に接合
強度を向上することができ、かつはんだ付け信頼性、特
に熱疲労特性を向上することができる。
【０００７】本発明の第２の形態は、本発明の上記第１
の形態の多成分系合金材料を、ディップはんだ付け工法
により電子部品電極に被覆する電子部品電極の製造方法
である。 多成分系合金を用いてメッキによる電極を形成
のは困難であるが、ディップはんだ付け工法によれば、
容易に、かつ低コストで電極を形成することができる。
の形態の多成分系合金材料を、ディップはんだ付け工法
により電子部品電極に被覆する電子部品電極の製造方法
である。 多成分系合金を用いてメッキによる電極を形成
のは困難であるが、ディップはんだ付け工法によれば、
容易に、かつ低コストで電極を形成することができる。
【０００８】本発明の第３の形態は、錫とビスマスとを
基本成分とし、銀、銅およびインジウムからなる群から
選択される少なくとも１種の金属を添加した合金からな
り、ビスマスの含有量は５８重量％以下、好ましくは
３．０〜５８重量％、より好ましくは３．０〜１０重量
％であり、添加した金属が銀の場合は含有量を２．０〜
３．５重量％（好ましくは、３．０〜３．５重量％）と
し、銅の場合は含有量を０．１〜２．０重量％（好まし
くは、０．３〜０．７重量％）とし、インジウムの場合
は含有量を０．１〜５．０重量％（０．５〜１．５重量
％）とし、残部を錫とした合金を、ディップはんだ付け
工法により電子部品電極に被覆する電子部品電極の製造
方法である。この第３の形態の合金を用いると、はんだ
付け性、特に接合材料（はんだ）と電子部品電極との濡
れ性および接合強度を向上することができ、かつはんだ
付け信頼性、特に熱疲労特性を向上することができる。
さらに、上記第２の形態と同じく、多成分系合金を用い
てメッキによる電極を形成のは困難であるが、ディップ
はんだ付け工法によれば、容易に、かつ低コストで電極
を形成することができる。
基本成分とし、銀、銅およびインジウムからなる群から
選択される少なくとも１種の金属を添加した合金からな
り、ビスマスの含有量は５８重量％以下、好ましくは
３．０〜５８重量％、より好ましくは３．０〜１０重量
％であり、添加した金属が銀の場合は含有量を２．０〜
３．５重量％（好ましくは、３．０〜３．５重量％）と
し、銅の場合は含有量を０．１〜２．０重量％（好まし
くは、０．３〜０．７重量％）とし、インジウムの場合
は含有量を０．１〜５．０重量％（０．５〜１．５重量
％）とし、残部を錫とした合金を、ディップはんだ付け
工法により電子部品電極に被覆する電子部品電極の製造
方法である。この第３の形態の合金を用いると、はんだ
付け性、特に接合材料（はんだ）と電子部品電極との濡
れ性および接合強度を向上することができ、かつはんだ
付け信頼性、特に熱疲労特性を向上することができる。
さらに、上記第２の形態と同じく、多成分系合金を用い
てメッキによる電極を形成のは困難であるが、ディップ
はんだ付け工法によれば、容易に、かつ低コストで電極
を形成することができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】以下、本発明の実施形態について説明す
る。まず、本発明において合金の組成を上述のように限
定した理由を説明する。第１の形態のＳｎ−Ａｇ−（Ｂ
ｉ，Ｃｕ，Ｉｎ）合金 Ｓn−Ａgを基本組成とする合金へ
添加する金属（Ｂｉ，Ｃｕ，Ｉｎ）の量を上述のように
限定するのは、以下の理由による。 Ｂｉは、合金の基材
に対する濡れ性を改善するが、その添加量が１０重量％
を越えるとＳｎ−Ａｇ系合金の機械的特性が著しく劣化
する。３．０重量％よりも少なければその効果はない。
Ｃｕは、合金の機械的特性を改善させるが、その添加量
が０．１重量％よりも少なければその効果は十分ではな
い。また、２．０重量％を越えて添加すると脆性が顕著
に現れるので好ましくない。 Ｉnは、合金の基材に対す
る濡れ性および合金の機械的特性を改善するが、０．１
重量％よりも少ない添加量ではその効果が現れず、１０
重量％を越えて添加すると機械的強度が劣化する。
る。まず、本発明において合金の組成を上述のように限
定した理由を説明する。第１の形態のＳｎ−Ａｇ−（Ｂ
ｉ，Ｃｕ，Ｉｎ）合金 Ｓn−Ａgを基本組成とする合金へ
添加する金属（Ｂｉ，Ｃｕ，Ｉｎ）の量を上述のように
限定するのは、以下の理由による。 Ｂｉは、合金の基材
に対する濡れ性を改善するが、その添加量が１０重量％
を越えるとＳｎ−Ａｇ系合金の機械的特性が著しく劣化
する。３．０重量％よりも少なければその効果はない。
Ｃｕは、合金の機械的特性を改善させるが、その添加量
が０．１重量％よりも少なければその効果は十分ではな
い。また、２．０重量％を越えて添加すると脆性が顕著
に現れるので好ましくない。 Ｉnは、合金の基材に対す
る濡れ性および合金の機械的特性を改善するが、０．１
重量％よりも少ない添加量ではその効果が現れず、１０
重量％を越えて添加すると機械的強度が劣化する。
【００１３】
【００１４】第３の形態で使用するＳｎ−Ｂｉ−（Ａ
ｇ，Ｃｕ，Ｉｎ）合金Ｓｎ−Ｂｉを基本組成とする合金
へ添加する金属（Ａｇ，Ｃｕ，Ｉｎ）の量を上述のよう
に限定するのは、以下の理由による。Ｃｕは、機械的特
性を改善するが、その添加量が０．１重量％よりも少な
ければその効果は十分ではない。また、２．０重量％を
越えて添加すると脆性が顕著に現れるので好ましくな
い。Ｉｎは、合金の基材に対する濡れ性および合金の機
械的特性を改善するが、０．１重量％よりも少ない添加
量ではその効果が現れず、５．０重量％を越えて添加す
ると機械的強度が劣化する。Ａｇは、合金の機械特性を
改善するが、その添加量が０．１重量％よりも少なけれ
ばその効果は十分ではない。また、５．０重量％を越え
ると融点が急激に高くなるので好ましくない。
ｇ，Ｃｕ，Ｉｎ）合金Ｓｎ−Ｂｉを基本組成とする合金
へ添加する金属（Ａｇ，Ｃｕ，Ｉｎ）の量を上述のよう
に限定するのは、以下の理由による。Ｃｕは、機械的特
性を改善するが、その添加量が０．１重量％よりも少な
ければその効果は十分ではない。また、２．０重量％を
越えて添加すると脆性が顕著に現れるので好ましくな
い。Ｉｎは、合金の基材に対する濡れ性および合金の機
械的特性を改善するが、０．１重量％よりも少ない添加
量ではその効果が現れず、５．０重量％を越えて添加す
ると機械的強度が劣化する。Ａｇは、合金の機械特性を
改善するが、その添加量が０．１重量％よりも少なけれ
ばその効果は十分ではない。また、５．０重量％を越え
ると融点が急激に高くなるので好ましくない。
【００１５】
【００１６】
【実施例】以下、実施例を示して本発明をより具体的に
説明する。以下の実施例中、接合強度および信頼性は、
以下のように測定または評価した。接合強度 接合強度は、電子部品電極からのリードの剥離強度を測
定することにより評価した。 信頼性 信頼性は、熱衝撃試験（１サイクル：−４０℃／３０分
〜常温／５分〜８０℃／３０分。１０００サイクル）で
のクラックの発生数により評価した。
説明する。以下の実施例中、接合強度および信頼性は、
以下のように測定または評価した。接合強度 接合強度は、電子部品電極からのリードの剥離強度を測
定することにより評価した。 信頼性 信頼性は、熱衝撃試験（１サイクル：−４０℃／３０分
〜常温／５分〜８０℃／３０分。１０００サイクル）で
のクラックの発生数により評価した。
【００１７】実施例１ Ｓn６６．５重量％、Ａg３．５重量％、Ｃu０．５重量
％、及びＩn１．０重量％からなる多 成分系合金を、デ
ィップはんだ付け工法により、電子部品電極に被覆し、
電子部品電極を形成した。ディップはんだ付けの条件
は、はんだ槽内温度２９０℃、浸漬時間１秒であった。
この電子部品電極に対して、接合材料としてＳn−Ａg−
Ｂi系はんだ（Ｓｎ：Ａｇ：Ｂｉ（重量比）＝９０.５：
３.５：６）を用い、はんだ付を行った。この時の、接
合強度及び信頼性（熱衝撃試験特性）を評価した。それ
ぞれの結果を図１および図２に示す。なお、図２に示す
クラック発生数は、接合数３０個当たりのクラック発生
数である。
％、及びＩn１．０重量％からなる多 成分系合金を、デ
ィップはんだ付け工法により、電子部品電極に被覆し、
電子部品電極を形成した。ディップはんだ付けの条件
は、はんだ槽内温度２９０℃、浸漬時間１秒であった。
この電子部品電極に対して、接合材料としてＳn−Ａg−
Ｂi系はんだ（Ｓｎ：Ａｇ：Ｂｉ（重量比）＝９０.５：
３.５：６）を用い、はんだ付を行った。この時の、接
合強度及び信頼性（熱衝撃試験特性）を評価した。それ
ぞれの結果を図１および図２に示す。なお、図２に示す
クラック発生数は、接合数３０個当たりのクラック発生
数である。
【００１８】比較例１
電極材料として従来のＳn−Ｐb系はんだ合金（Ｓｎ：Ｐ
ｂ（重量比）＝６３：３７）を用いた以外は実施例１と
同じ手順を繰り返した。結果を図１および図２に示す。
これらの結果から、電子部品電極材料として本発明のＳ
n−Ａg系合金を用いると、Ｓn−Ｐb系合金に比べて、接
合強度及び信頼性が明らかに向上することが分かる。
ｂ（重量比）＝６３：３７）を用いた以外は実施例１と
同じ手順を繰り返した。結果を図１および図２に示す。
これらの結果から、電子部品電極材料として本発明のＳ
n−Ａg系合金を用いると、Ｓn−Ｐb系合金に比べて、接
合強度及び信頼性が明らかに向上することが分かる。
【００１９】
【００２０】
【００２１】なお、上記実施例および比較例では、合金
の被覆を、ディップはんだ付工法により行ったが、メッ
キによっても同様に実施することができる。さらに、以
上の説明では、電子部品電極材料について記述したが、
本発明の合金は、電子部品リードの表面被覆材料、及び
回路基板のランドの被覆材料としても使用することがで
きる。
の被覆を、ディップはんだ付工法により行ったが、メッ
キによっても同様に実施することができる。さらに、以
上の説明では、電子部品電極材料について記述したが、
本発明の合金は、電子部品リードの表面被覆材料、及び
回路基板のランドの被覆材料としても使用することがで
きる。
【図１】 本発明の電子部品電極材料であるＳn９６．
５重量％、Ａg３．５重量％にＣu及びＩnを添加した多
成分系合金と従来の合金材料との間で接合強度を比較す
る図。
５重量％、Ａg３．５重量％にＣu及びＩnを添加した多
成分系合金と従来の合金材料との間で接合強度を比較す
る図。
【図２】 本発明の電子部品電極材料であるＳn９６．
５重量％、Ａg３．５重量％にＣu及びＩnを添加した多
成分系合金と従来の合金材料との間で信頼性を比較する
図。
５重量％、Ａg３．５重量％にＣu及びＩnを添加した多
成分系合金と従来の合金材料との間で信頼性を比較する
図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 23/48 Ｈ０１Ｌ 23/48 Ｖ
(56)参考文献 特開 平８−206874（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−166178（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−266373（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−41621（ＪＰ，Ａ)
特表 平７−509662（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/60
B23K 35/26
H05K 3/34
Claims (3)
- 【請求項１】 接合材料として錫および銀からなる２成
分系はんだ、または錫、銀およびビスマスを含む多成分
系はんだを用いるときに使用される電子部品電極材料で
あって、錫と銀とを基本成分とし、ビスマス、銅および
インジウムからなる群から選択される少なくとも１種の
金属を添加した合金からなり、銀の含有量は１．５〜
３．５重量％であり、添加した金属がビスマスの場合は
含有量を３．０〜１０．０重量％とし、銅の場合は含有
量を０．１〜２．０重量％とし、インジウムの場合は含
有量を０．１〜１０．０重量％とし、残部を錫とした合
金からなることを特徴とする電子部品電極材料。 - 【請求項２】 接合材料として錫および銀からなる２成
分系はんだ、または錫、銀およびビスマスを含む多成分
系はんだを用いるときに使用される電子部品電極材料で
あって、錫と銀とを基本成分とし、ビスマス、銅および
インジウムからなる群から選択される少なくとも１種の
金属を添加した合金からなり、銀の含有量は１．５〜
３．５重量％であり、添加した金属がビスマスの場合は
含有量を３．０〜１０．０重量％とし、銅の場合は含有
量を０．１〜２．０重量％とし、インジウムの場合は含
有量を０．１〜１０．０重量％とし、残部を錫とした合
金からなる電子部品電極材料を、ディップはんだ付け工
法により電子部品電極に被覆することを特徴とする電子
部品電極の製造方法。 - 【請求項３】 接合材料として錫および銀からなる２成
分系はんだ、または錫、銀およびビスマスを含む多成分
系はんだを用いるときに使用される電子部品電極材料で
あって、錫とビスマスとを基本成分とし、銀、銅および
インジウムからなる群から選択される少なくとも１種の
金属を添加した合金からなり、ビスマスの含有量は５８
重量％以下であり、添加した金属が銀の場合は含有量を
２．０〜３．５重量％とし、銅の場合は含有量を０．１
〜２．０重量％とし、インジウムの場合は含有量を０．
１〜５．０重量％とし、残部を錫とした合金からなる電
子部品電極材料を、ディップはんだ付け工法により電子
部品電極に被覆することを特徴とする電子部品電極の製
造方法。
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