JP3460438B2 - Lead-free solder and mounted products using it - Google Patents

Lead-free solder and mounted products using it

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JP3460438B2
JP3460438B2 JP07584896A JP7584896A JP3460438B2 JP 3460438 B2 JP3460438 B2 JP 3460438B2 JP 07584896 A JP07584896 A JP 07584896A JP 7584896 A JP7584896 A JP 7584896A JP 3460438 B2 JP3460438 B2 JP 3460438B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板にLSI、部
品等を接続するために、従来のPb−Sn共晶はんだの
代替用として、はんだ付け温度220〜230℃ではん
だ付けが可能で,かつ機械的強度でもPb−Sn共晶と
同等の信頼性を有するPbフリ−はんだ組成及びそれを
用いた実装品に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is capable of soldering at a soldering temperature of 220 to 230 [deg.] C. as an alternative to the conventional Pb-Sn eutectic solder for connecting LSIs, parts, etc. to a substrate. The present invention also relates to a Pb-free solder composition having mechanical strength equivalent to that of a Pb-Sn eutectic crystal and a mounted product using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に使用されているプリント基板材質
は大部分はガラスエポキシ製である。ガラスエポキシ基
板の耐熱温度はリフロー炉を用いた場合、最高220〜
230℃である。これに使用する接続用はんだは、Pb
−63重量%Sn共晶はんだ(融点:183℃)、若しく
は共晶近傍で融点も類似なはんだ組成が使用されてお
り、汎用的に用いられているガラスエポキシ基板の耐熱
温度(230℃)以内で十分な接続が可能であった。ま
た,高温での信頼性は製品によって異なるが最高150
℃まで保証できた。以下、重量%をすべて%と示す。
2. Description of the Related Art Most of the commonly used printed circuit board materials are made of glass epoxy. The heat resistant temperature of the glass epoxy substrate is up to 220 ~ when using a reflow furnace.
It is 230 ° C. The connecting solder used for this is Pb
-63 wt% Sn eutectic solder (melting point: 183 ° C), or a solder composition with a similar melting point near the eutectic is used, and within the heat-resistant temperature (230 ° C) of a widely used glass epoxy substrate. Was enough connection. The reliability at high temperature depends on the product, but the maximum is 150.
I was able to guarantee up to ℃. Hereinafter, all weight% are shown as%.

【0003】最近、米国では、のざらしに放置された電
気製品からはんだ中に含まれる鉛(以下、Pbと記す)
が酸性雨等によって溶出して地下水に溶け込み、これら
の地下水は飲料水に使用されると人体に悪影響を及ぼす
ことが公表されている。そこで、環境、人体への毒性が
少ないように、Pbを含有しないPbフリ−はんだ合金
がクローズアップされている。既に2元系はんだではS
n−3.5%Ag(融点221℃)、Sn−5%Sb(融
点240℃)はPbフリ−はんだとして使用実績があ
る。しかし、融点が高過ぎるためガラスエポキシ基板の
はんだ付けには使用できない。Sn−9%Zn(融点1
99℃の共晶)は融点は下がるが、一般に使用されてい
るガラスエポキシ基板に電子部品を、220〜230℃
で大気中でリフローできない。すなわち表面が著しく酸
化されやすく、CuもしくはNiに対するぬれ性がSn
−Ag系、Sn−Sb系に比べ低下し、一般に使用して
いるロジン系のフラックス(塩素0.2%含有)を用いて
も、通常の230℃のリフロー温度では大気中で母材に
対しほとんどぬれず、はんだ付けが困難であることが分
かっている。
Recently, in the United States, lead (hereinafter referred to as Pb) contained in solder from electrical products left unattended
It has been publicly announced that is dissolved in groundwater by being dissolved by acid rain, etc., and that these groundwaters have an adverse effect on the human body when used as drinking water. Therefore, Pb-free solder alloys that do not contain Pb have been focused on so that they are less toxic to the environment and the human body. Already S for binary solder
n-3.5% Ag (melting point 221 ° C.) and Sn-5% Sb (melting point 240 ° C.) have been used as Pb-free solders. However, its melting point is too high to be used for soldering glass epoxy substrates. Sn-9% Zn (melting point 1
Although the melting point of eutectic crystals at 99 ° C) is lowered, electronic parts are mounted on a commonly used glass epoxy substrate at 220 to 230 ° C.
I cannot reflow in the atmosphere. That is, the surface is easily oxidized, and the wettability to Cu or Ni is Sn.
Compared to -Ag type and Sn-Sb type, even when using the rosin type flux (containing 0.2% chlorine) that is commonly used, at a normal reflow temperature of 230 ° C, it is compared to the base metal in the atmosphere. It has proven to be almost wet and difficult to solder.

【0004】他方、Sn−Bi系はんだ(代表組成Sn
−58%Bi;融点138℃)、Sn−In系はんだ(代
表組成Sn−52%In;融点117℃)があるが、融
点が低すぎるためPb−Sn並みの高温強度を保証でき
ない。従ってこれらの組成はPb−63%Sn共晶はん
だ代替用のはんだと言えるものではない。このため、新
たな組合せでの要求を満たす新はんだ材料の開発が要求
されている。
On the other hand, Sn-Bi type solder (representative composition Sn
Although there are -58% Bi; melting point 138 ° C) and Sn-In based solder (representative composition Sn-52% In; melting point 117 ° C), the melting point is too low to guarantee high temperature strength comparable to Pb-Sn. Therefore, these compositions cannot be said to be solders for substitution of Pb-63% Sn eutectic solder. Therefore, there is a demand for the development of new solder materials that meet the demands of new combinations.

【0005】一方機械的性質に注目した材料としては、
主成分としてSn,AgにZnを添加した無鉛ハンダ材
料が特開平6−238479号公報に記載されている。
このはんだは、Sn−Agはんだのはんだぬれ性に対す
る優れた特性を維持しながら機械的強度、クリープ特性
を改善するためにZnを加えたものである。しかし、S
n−3.5%Ag−1%Zn3元合金の融点はその公報
に記載されている様に約215℃であり、従来のSn−
Pb共晶はんだの代替材料としてガラスエポキシ基板の
はんだ付けにそのまま用いることはできない。
On the other hand, as a material focused on mechanical properties,
A lead-free solder material obtained by adding Zn to Sn and Ag as main components is described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-238479.
This solder contains Zn in order to improve mechanical strength and creep characteristics while maintaining excellent solder wettability of Sn-Ag solder. But S
The n-3.5% Ag-1% Zn ternary alloy has a melting point of about 215 [deg.] C. as described in that publication, and the conventional Sn-
As a substitute material for Pb eutectic solder, it cannot be used as it is for soldering a glass epoxy substrate.

【0006】以上のように、はんだ付け温度及び強度信
頼性が両立できるPb−Sn共晶はんだの代替材料は見
あたらない。
As described above, there is no alternative material for the Pb-Sn eutectic solder that can achieve both soldering temperature and strength reliability.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のガラス
エポキシ基板を中心とする有機基板にLSI、部品等の
電子部品を高信頼で実装するため、230℃以下でリフ
ローまたはフローでき、かつ使用実績のある一般のフラ
ックスでCu導体上、および部品のSn系はんだめっき
端子等に対して十分なぬれ性を確保できる、Pbを用い
ない、Pb−Sn共晶はんだの代替用はんだを供給する
ことを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is capable of reflowing or flowing at 230 ° C. or lower and is used for mounting electronic parts such as LSI and parts on an organic substrate centering on a conventional glass epoxy substrate with high reliability. Supply Pb-Sn eutectic solder substitute solder that does not use Pb and can secure sufficient wettability on the Cu conductor and Sn-based solder-plated terminals of parts with a general flux with a proven track record. It is an object.

【0008】つまり本発明の目的は、融点は150℃程
度での高温での使用に耐えるため固相温度が少なくとも
150℃以上、望ましくは155℃以上、また、基板、
部品に対する熱影響を小さくするため、液相温度は最高
195℃以下とすることにある。
That is, the object of the present invention is to have a solid phase temperature of at least 150 ° C. or higher, preferably 155 ° C. or higher in order to withstand use at a high temperature with a melting point of about 150 ° C., a substrate,
The liquidus temperature is set to 195 ° C. or lower at the maximum in order to reduce the thermal effect on the parts.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、Pbフリーはんだとして、環境への影響が少なく、
人体への毒性が少なく、資源の枯渇の問題がなく、目的
の溶融温度範囲を持ち、ぬれ性を確保できるSn−Zn
−Bi−Inの4元系はんだをベースにしたはんだ組成
を検討した。この4元系はんだの融点はわかっていな
い。このため、組成と融点(固相温度、液相温度)との関
係、組成とぬれ性、物性、機械的特性等の関係等を明ら
かにする必要があった。本発明のはんだは、Znが3〜
9%、Biが1〜16%、Inが1〜10%,残部がS
nであり、且つZn+Bi≧9%であるSn−Zn−B
i−In系をベースとした合金、望ましくはZnが4〜
7%,Biが5〜13%,Inが1〜7%残部がSnで
ある合金、あるいはこれらの合金にAgを1〜3%、S
bを1〜3%、Cuを1〜3%のうちいずれか1つもし
くは2種以上を添加してぬれ性、機械的性質を改良した
ものである。また更に、これらのはんだ表面にSnまた
はSn合金を1〜10μm、もしくはAuを0.2μm
以下被覆したものである。
In order to achieve the above object, as a Pb-free solder, there is little influence on the environment,
Sn-Zn that has low toxicity to human body, has no problem of resource depletion, has a target melting temperature range, and can secure wettability
A solder composition based on a quaternary solder of -Bi-In was examined. The melting point of this quaternary solder is unknown. Therefore, it is necessary to clarify the relationship between the composition and the melting point (solid phase temperature, liquid phase temperature), the composition and the wettability, the physical properties, the mechanical properties, and the like. The solder of the present invention has a Zn content of 3 to 3.
9%, Bi 1-16%, In 1-10%, balance S
Sn-Zn-B with n and Zn + Bi ≧ 9%
An alloy based on i-In system, preferably Zn is 4 to
7%, Bi is 5 to 13%, In is 1 to 7%, the balance is Sn, or these alloys have Ag of 1 to 3% and S
The wettability and mechanical properties are improved by adding one or more of b of 1 to 3% and Cu of 1 to 3%. Furthermore, Sn or Sn alloy is 1 to 10 μm or Au is 0.2 μm on the solder surface.
The following are covered.

【0010】はんだ組成を上記に限定した理由は次の通
りである。Snをベースにした2元系共晶はんだのう
ち、Sn−Pb共晶はんだの代替材料として、Sn−P
b共晶はんだの融点183℃に最も近いのはSn−9%
Zn合金である。しかし、この合金でも融点は199℃
であり、またZnの表面酸化の問題もあり、前述した如
く従来の大気中、220℃〜230℃のリフローは難し
い。そこで、このSn−Zn系合金の融点を低温化させ
ることが可能と考えられる材料でかつ、環境、実績、コ
ストの面で総合的に優れるBi、Inを添加することで
この問題点を解決することにした。
The reason why the solder composition is limited to the above is as follows. Among the binary eutectic solders based on Sn, Sn-P is used as a substitute material for the Sn-Pb eutectic solder.
b The closest melting point of eutectic solder to 183 ° C is Sn-9%
It is a Zn alloy. However, even this alloy has a melting point of 199 ° C.
In addition, there is a problem of surface oxidation of Zn, and as described above, it is difficult to perform reflow at 220 ° C. to 230 ° C. in the conventional atmosphere. Therefore, this problem is solved by adding Bi and In, which are materials that are considered to be capable of lowering the melting point of this Sn-Zn-based alloy and which are comprehensively excellent in terms of environment, performance, and cost. It was to be.

【0011】まず、Inについては、Inが10%を超
えると環境に対する耐食性に問題が出てくる。またIn
が多くなるとはんだのコストが高くなり実用的でない。
従ってInの添加量は10%以下、望ましくは7%以下
におさえる必要がある。また、1%以下になると所定の
効果が得られない。
First, with respect to In, when In exceeds 10%, there arises a problem in corrosion resistance to the environment. Also In
If the amount is large, the cost of the solder is high and it is not practical.
Therefore, the added amount of In must be 10% or less, preferably 7% or less. Further, if it is 1% or less, a predetermined effect cannot be obtained.

【0012】Bi量についてはBiが17%を超えると
Inを添加した時に固相温度が150℃を下回ってしま
う。更にBiを多く添加すると、はんだの脆化を引き起
こす。このためBiは16%以下、望ましくは13%以
下とした。つまりBiが16%以下であれば固相温度1
50℃以上を確保でき、13%以下であれば固相温度1
55℃以上を確保できるからである。この固相温度15
0℃を基準としているのは、150℃程度の使用状態で
の信頼性を確保するためである。従って固相温度を15
5℃以上にすれば、150℃程度の使用状態での信頼性
をさらに向上させることができる。また、Biが1%以
上、望ましくは5%以上としたのは、それ以下であれ
ば、液相温度が上昇しすぎてしまうからである。つま
り、BiやInを添加すると全体の液相温度は下降する
ものの、Biが5%未満(特に1%未満)であれば、本
発明の期待する液相温度:195℃以下を実現できない
からである。
With respect to the amount of Bi, if Bi exceeds 17%, the solid phase temperature will drop below 150 ° C. when In is added. Furthermore, when a large amount of Bi is added, embrittlement of the solder is caused. Therefore, Bi is set to 16% or less, preferably 13% or less. That is, if Bi is 16% or less, the solid phase temperature is 1
Solid phase temperature 1 if 50 ° C or higher can be secured and 13% or lower
This is because a temperature of 55 ° C or higher can be secured. This solid phase temperature 15
The reason why 0 ° C. is used is to ensure reliability in a usage state of about 150 ° C. Therefore, the solid phase temperature should be 15
By setting the temperature to 5 ° C. or higher, the reliability in the use condition of about 150 ° C. can be further improved. Further, Bi is set to 1% or more, preferably 5% or more, because if it is less than that, the liquidus temperature rises too much. That is, when Bi or In is added, the overall liquidus temperature drops, but if Bi is less than 5% (particularly less than 1%), the liquidus temperature expected by the present invention: 195 ° C. or lower cannot be realized. is there.

【0013】Znは酸化されやすく酸化膜は強固であ
り、ぬれ性を劣化させる要因となる。このためZnの添
加量はできるだけ少なくする必要がある。Znは9%以
下であれば、従来のロジン系フラックス(ハロゲン含
有)、N2雰囲気下で、ぬれ性が確保できる。従ってZ
n量は9%以下、望ましくは7%以下とした。 Zn量
は9%以下であれば、O2が100ppmの場合に必要なぬ
れ性を確保でき、7%以下であれば、O2が1000ppm
の場合に必要なぬれ性を確保できるからである(図6参
照:図6については後述する)。 Znを3%以上、望
ましくは4%以上としたのは、それ以下であれば、液相
温度が上昇しすぎてしまい、BiやInを添加したとし
ても、本発明の期待する液相温度:195℃以下、固相
温度:150℃以上を実現できないからである。
Zn is easily oxidized and the oxide film is strong, which causes deterioration of wettability. Therefore, it is necessary to reduce the amount of Zn added as much as possible. If Zn is 9% or less, the wettability can be secured in the conventional rosin-based flux (containing halogen) and N2 atmosphere. Therefore Z
The amount of n was 9% or less, preferably 7% or less. If the Zn content is 9% or less, the wettability necessary when O2 is 100 ppm can be secured, and if it is 7% or less, O2 is 1000 ppm.
This is because the necessary wettability can be secured in this case (see FIG. 6: FIG. 6 will be described later). The Zn content is set to 3% or more, preferably 4% or more. If it is less than that, the liquidus temperature rises too much, and even if Bi or In is added, the liquidus temperature expected by the present invention is: This is because it is not possible to achieve 195 ° C. or lower and solid phase temperature: 150 ° C. or higher.

【0014】前述の如く、Zn,Bi,Inが少ないS
nリッチの領域では、融点(液相温度)が高くなってし
まうので、Sn−Zn系合金にIn、Biを添加して、
目的の融点域(液相温度:195℃以下)に入るには、
Znは3%以上、Biは1%以上で且つ、Zn+Biが
9%以上、望ましくはZnが4%以上、Biが5%以上
である必要がある。ここでZn+Biを9%以上とした
のは、Zn+Biが9%未満であれば、全体の液相温度
は205℃以上となり、Inを添加したとしても本発明
の期待する液相温度:195℃以下を実現できないから
である。
As described above, S containing a small amount of Zn, Bi and In
In the n-rich region, the melting point (liquidus temperature) becomes high, so In and Bi are added to the Sn—Zn-based alloy,
To enter the desired melting point range (liquidus temperature: 195 ° C or lower),
It is necessary that Zn is 3% or more, Bi is 1% or more, Zn + Bi is 9% or more, preferably Zn is 4% or more and Bi is 5% or more. Here, Zn + Bi is set to 9% or more because if Zn + Bi is less than 9%, the overall liquidus temperature is 205 ° C. or higher, and even if In is added, the liquidus temperature expected by the present invention is 195 ° C. or lower. Because it cannot be realized.

【0015】以上から、このような組成のはんだ合金は
Pbを含有しないので、環境、人体に対して毒性が少な
く、融点的には220〜230℃のリフローが可能であ
り、かつ150℃付近での接続信頼性も保証でき、ぬれ
性、機械的強度、コストの面に優れたはんだ合金を供給
することができる。
From the above, since the solder alloy having such a composition does not contain Pb, it is less toxic to the environment and the human body, can reflow at a melting point of 220 to 230 ° C., and has a melting point of around 150 ° C. The connection reliability can be assured, and a solder alloy excellent in wettability, mechanical strength, and cost can be supplied.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail below.

【0017】図1はSn−Zn−Biの3元系はんだの
公知の状態図〔International Critical Tables、2(192
7)、418〕である。全体の概略的な融点(液相温度)の温
度分布は分かるが、詳細な分布、明確な温度等は分かっ
ていないのが実状である。また、液相温度と固相温度と
の関係は不明である。更にこれらSn−Zn−Biの3
元系合金にInを添加した4元系はんだについては液相
温度さえも知られていない。そこで、まずSn−Zn−
Bi3元系について、固相温度を測定した結果を図2に
示す。合金の作成はそれぞれ材料を正確に秤り取り、N
2雰囲気中でるつぼ内で加熱し、十分撹拌した後急冷さ
せて行った。融点測定はDSC(Differential Scannin
g Calorimetry)を用いて2℃/分の昇温速度で行っ
た。図2はZnが3,5,7,9%のとき、Bi量を変
えたときの固相温度である。この結果から、Znが3〜
9%の範囲で、Znの量によって固相温度は変わらず、
ほぼBiの量によって固相温度が決まることがわかっ
た。Biは17%の含有量を超えると固相温度は150
℃を下まわってしまう。従って150℃での信頼性を確
保するためには、更にInを1%以上添加することを考
えれば、Bi量は16%以下、望ましくは固相温度が1
55℃以上になるように13%以下である必要がある。
FIG. 1 is a known state diagram of a Sn-Zn-Bi ternary solder [International Critical Tables, 2 (192
7), 418]. Although the overall temperature distribution of the melting point (liquidus temperature) is known, the detailed distribution and clear temperature are not known. Further, the relationship between the liquidus temperature and the solidus temperature is unknown. Furthermore, these Sn-Zn-Bi 3
Even the liquidus temperature is not known for the quaternary solder in which In is added to the original alloy. Therefore, first, Sn-Zn-
The results of measuring the solid phase temperature of the Bi ternary system are shown in FIG. To make alloys, weigh each material accurately and
Heated in a crucible in 2 atmosphere, stirred sufficiently, and then rapidly cooled. The melting point is measured by DSC (Differential Scannin).
g Calorimetry) at a heating rate of 2 ° C./min. FIG. 2 shows the solid phase temperature when the amount of Bi is changed when Zn is 3, 5, 7, 9%. From this result, Zn is 3 to
In the range of 9%, the solid phase temperature does not change depending on the amount of Zn,
It was found that the solid phase temperature was determined by the amount of Bi. When the Bi content exceeds 17%, the solid phase temperature is 150
It goes below ℃. Therefore, in order to secure the reliability at 150 ° C., considering that In is further added by 1% or more, the Bi amount is 16% or less, preferably the solid phase temperature is 1% or less.
It must be 13% or less so that the temperature becomes 55 ° C or higher.

【0018】次に、In添加の効果を示す。Biを10
%、Znを5%、残りSnを混ぜた合金(Sn−10%
Bi−5%Zn)にInを2、5%添加した時の融点を
図3に示す。Sn−10%Bi−5%Zn合金では、液
相温度は202℃と高いため、ガラスエポキシ基板に対
して、電子部品を220〜230℃でリフローはんだ付
けすることは困難である。しかし、このはんだ合金にI
nを添加すると、図3のように固相温度、液相温度とも
に下がり、Inを5%添加した時には液相温度が189
℃、固相温度が150℃と目的の融点領域に入ることが
わかった。このように、Sn−Zn−Bi3元系合金に
Inを添加してゆくと、固相温度、液相温度がともに下
がり、目的の融点領域のはんだ合金が得られることがわ
かった。この結果は、他の組成のSn−Zn−Bi合金
についても同様で、In添加により融点が下がる。
Next, the effect of adding In will be described. Bi 10
%, Zn 5% and the rest Sn mixed alloy (Sn-10%
FIG. 3 shows the melting points when 2.5% of In was added to Bi-5% Zn). Since the liquid phase temperature of Sn-10% Bi-5% Zn alloy is as high as 202 ° C, it is difficult to reflow-solder electronic components at 220 to 230 ° C on a glass epoxy substrate. However, this solder alloy
When n is added, both the solid phase temperature and the liquid phase temperature decrease as shown in FIG. 3, and when 5% In is added, the liquid phase temperature is 189
It was found that the solid phase temperature was 150 ° C. and the melting point was 150 ° C. As described above, it was found that when In was added to the Sn-Zn-Bi ternary alloy, both the solid phase temperature and the liquidus temperature were lowered and the solder alloy in the target melting point region was obtained. This result is the same for Sn-Zn-Bi alloys having other compositions, and the melting point is lowered by adding In.

【0019】また、Inは、はんだのぬれ性を向上させ
る働きをする。Biを15%、Znを5%、残りSnを
混ぜた合金(Sn−15%Bi−5%Zn)にInを1、
3、5%添加した合金について、はんだのぬれ性を測定
した。測定は、直径1mmの各組成のはんだボールをC
u板上にのせ、フラックスを塗布し、ホットプレート上
で100℃/分で液相温度より50℃高い温度まで加熱
し、凝固後の拡がり面積を測定した。雰囲気は、大気中
で行った。この結果、Inを加えない合金の拡がり面積
を100%とすると、1、3、5%添加した合金の拡が
り面積はそれぞれ103%、110%、113%となっ
た。即ち、Inの添加により、はんだのぬれ性が向上す
る。
In addition, In acts to improve the wettability of the solder. An alloy (Sn-15% Bi-5% Zn) in which Bi is 15%, Zn is 5%, and the rest is Sn is mixed with In of 1,
The wettability of solder was measured for the alloys added with 3, 5%. The measurement was performed using a solder ball of each composition having a diameter of 1 mm by C
It was placed on a u plate, coated with flux, and heated on a hot plate at a temperature of 100 ° C./minute to a temperature higher by 50 ° C. than the liquidus temperature, and the spread area after solidification was measured. The atmosphere was air. As a result, when the spread area of the alloy containing no In was 100%, the spread areas of the alloys containing 1, 3, and 5% were 103%, 110%, and 113%, respectively. That is, the addition of In improves the wettability of the solder.

【0020】次に、Zn,Biが少ない領域について説
明する。図4は、Znが5%以下の範囲内で、Bi量を
変えたときの液相温度である。これから、Bi量が一定
の時は、Znが少なくなると液相温度が上昇し、Zn量
が一定の時はBi量が少なくなると液相温度が上昇する
ことがわかった。また、図5にBi量を10%に固定し
たときの液相温度と固相温度の温度差を示したが、Zn
が少なくなると温度差が大きくなる。従ってInを1〜
10%添加して、目的の融点領域のはんだ合金を得るた
めには、In添加により融点が下がることを考慮する
と、Znは3%以上、Biは1%以上で且つ、Bi+Z
nが9%以上、望ましくはZnは4%以上、Biは5%
以上である必要がある。
Next, a region containing a small amount of Zn and Bi will be described. FIG. 4 shows the liquidus temperature when the amount of Bi is changed within the range of Zn of 5% or less. From this, it was found that when the amount of Bi was constant, the liquid phase temperature increased when the amount of Zn decreased, and when the amount of Zn was constant, the liquid phase temperature increased when the amount of Bi decreased. Further, FIG. 5 shows the temperature difference between the liquidus temperature and the solidus temperature when the Bi content is fixed at 10%.
As the temperature decreases, the temperature difference increases. Therefore, In is 1 to
In order to obtain a solder alloy having a desired melting point region by adding 10%, Zn is 3% or more, Bi is 1% or more, and Bi + Z in consideration that the melting point is lowered by adding In.
n is 9% or more, preferably Zn is 4% or more, Bi is 5%
It must be above.

【0021】次に、Zn量のぬれに及ぼす影響を示す。
図6は、Sn−10%Bi−2%InにZnを添加した
時のはんだの拡がり面積を示した。実験は、組成を変え
たはんだボールをCu板上にのせ、フラックスを塗布
し、ホットプレート上で100℃/分で液相温度より5
0℃高い温度まで加熱し、拡がり面積を測定した。雰囲
気は、酸素を100ppm以下、及び、1000ppm
以上含む窒素中で行った。はんだボールの大きさは、直
径1mmであり、フラックスはロジン系で塩素を0.2
%含有するものを用いた。この結果から、酸素が100
ppm以下ではZnが9%で少しぬれ性が劣化するだけ
だが、酸素が1000ppm以上になるとZnが7%で
ぬれが劣化することがわかった。現状の窒素リフロー炉
を用いることなどを考えると、Znは、9%以下、望ま
しくは7%以下である必要がある。
Next, the effect of the Zn content on the wetting will be described.
FIG. 6 shows the spread area of the solder when Zn was added to Sn-10% Bi-2% In. In the experiment, a solder ball having a different composition was placed on a Cu plate, flux was applied, and the temperature was 5 ° C from the liquidus temperature at 100 ° C / min on a hot plate.
It was heated to a temperature higher by 0 ° C. and the spread area was measured. The atmosphere contains less than 100 ppm oxygen and 1000 ppm
It was conducted in nitrogen containing the above. The size of the solder ball is 1 mm in diameter, and the flux is rosin-based and contains 0.2 chlorine.
% Contained. From this result, oxygen is 100
It was found that when the content is less than ppm, the wettability deteriorates only slightly at 9% of Zn, but when the content of oxygen exceeds 1000 ppm, the wettability deteriorates at 7% of Zn. Considering the use of the current nitrogen reflow furnace, Zn must be 9% or less, preferably 7% or less.

【0022】以上のように定められた組成のSn−Zn
−Bi−Inの合金のうち、いくつかの組成の合金につ
いてのはんだ付け性、強度等を述べる。
Sn-Zn having the above-defined composition
The solderability, strength, etc. of alloys of several compositions among the alloys of -Bi-In will be described.

【0023】〔実施例1〕Sn−10%Bi−5%Zn
−5%Inはんだは、上記の様に目的の融点域にあるの
で、ガラスエポキシ基板に対して電子部品と220〜2
30℃ではんだ付けが可能であり、また高温における信
頼性を確保することができる。このSn−10%Bi−
5%Zn−5%In合金を粒径40〜50μm程度の粉
末状にして、これにフラックス成分を全体の約10%混
ぜてはんだペーストを作成した。フラックス成分は溶
剤、ロジン、活性剤、有機ハロゲン、粘稠剤等である。
はんだの粘度は約50万cpsに調整した。有機ハロゲ
ン中に含まれる塩素量は約0.15%とした。このはん
だペーストをガラスエポキシ基板上に約150μmの厚
みになるように印刷し、0.5mmピッチのQFP(Quad F
lat Package)を搭載して100ppmの酸素濃度にした
N2雰囲気中でリフローした。0.5mmピッチQFPのリ
ードは42アロイ上にSnめっきが7μm程度施してあ
る。リフロー温度は予熱が140℃約30秒、本加熱が
220℃を30秒、最高温度は230℃とした。このよ
うに上記はんだ合金ではんだ付けしたQFPのリード部
は、従来のSn−Pb共晶はんだペーストを用いた場合
と比べ、フィレット部の形成が十分とは言えないが実用
上問題のない範囲である。またフラックスの適正化によ
りぬれ性も十分確保される。
Example 1 Sn-10% Bi-5% Zn
Since the -5% In solder is in the target melting point range as described above, it is used as an electronic component and 220 to 2 with respect to the glass epoxy substrate.
Soldering is possible at 30 ° C., and reliability at high temperatures can be secured. This Sn-10% Bi-
A 5% Zn-5% In alloy was made into a powder having a particle size of about 40 to 50 μm, and a flux component was mixed with this powder in an amount of about 10% to prepare a solder paste. Flux components are solvents, rosins, activators, organic halogens, thickeners and the like.
The viscosity of the solder was adjusted to about 500,000 cps. The amount of chlorine contained in the organic halogen was set to about 0.15%. This solder paste is printed on a glass epoxy board to a thickness of about 150 μm and printed with a 0.5 mm pitch QFP (Quad F
It was reflowed in an N2 atmosphere with an oxygen concentration of 100 ppm by mounting a lat package). The lead of the 0.5 mm pitch QFP has a Sn alloy plating of about 7 μm on 42 alloy. The reflow temperature was 140 ° C. for about 30 seconds for preheating, 220 ° C. for 30 seconds for main heating, and the maximum temperature was 230 ° C. As described above, in the lead portion of the QFP soldered with the above solder alloy, the fillet portion is not sufficiently formed as compared with the case where the conventional Sn-Pb eutectic solder paste is used, but in the range where there is no practical problem. is there. In addition, the proper wettability ensures sufficient wettability.

【0024】はんだ付けしたQFPに対して信頼性を確
認するため、−55℃を30分、125℃を30分を1
サイクルとする温度サイクル試験を行い、SEM(Scan
ningElectron Microscopy)ではんだフィレット部のク
ラックの発生を観察した。この結果500サイクルでも
僅かなクラックが発生するだけで、Sn−Pb共晶はん
だと同様で寿命に影響を与える程のものではない。ま
た、上記はんだペーストでQFPをはんだ付けした基板
を炭化水素系の有機溶剤で洗浄し、絶縁抵抗を測定した
がSn−Pb共晶はんだペーストを用いた場合と同程度
の絶縁抵抗が得られた。このようにSn−10%Bi−
5%Zn−5%Inの合金を用いることにより、Pbを
含有しなくても、従来のSn−Pb共晶はんだと同様に
はんだ付けが可能であることが確認できた。
In order to confirm the reliability of the soldered QFP, -55 ° C. for 30 minutes, 125 ° C. for 30 minutes
A temperature cycle test is performed as a cycle, and SEM (Scan
ningElectron Microscopy) was observed for cracks in the solder fillet. As a result, even after 500 cycles, only a few cracks are generated, and the life is not affected as in the Sn-Pb eutectic solder. In addition, the substrate on which QFP was soldered with the above solder paste was washed with a hydrocarbon-based organic solvent and the insulation resistance was measured, but the same insulation resistance as when using the Sn-Pb eutectic solder paste was obtained. . Thus, Sn-10% Bi-
It was confirmed that by using the alloy of 5% Zn-5% In, it is possible to perform soldering similarly to the conventional Sn-Pb eutectic solder without containing Pb.

【0025】〔実施例2〕実施例1と同様にBiを13
%、Znを5%、残りSn(Sn−13%Bi−5%Z
n)合金についてInを添加した例を示す。Sn−13
%Bi−5%Zn合金では、液相温度は194℃、固相
温度は157℃であり、ほぼ目的の融点を有するが、更
に液相温度を下げるためにInを3%添加した。このS
n−13%Bi−5%Zn−3%In合金においては、
液相温度は189℃、固相温度は151℃となり、22
0〜230℃でのリフローはんだ付けが可能である。こ
のはんだ合金に対して実施例1と同様にフラックス成分
と混ぜ合わせてはんだペーストを試作した。はんだ付け
性を0.5mmピッチのQFPリードをベーパーリフロー
ではんだ付けした結果、Sn−Pb共晶と同様の結果が
得られた。ベーパーリフローはN2リフロ−と同様に、
はんだの酸化によるぬれの大幅な低下をおさえることが
できる。
[Embodiment 2] As in Embodiment 1, Bi is 13
%, Zn 5%, the remaining Sn (Sn-13% Bi-5% Z
n) An example in which In is added to the alloy is shown. Sn-13
In the% Bi-5% Zn alloy, the liquidus temperature was 194 ° C. and the solidus temperature was 157 ° C., which had almost the desired melting point, but 3% In was added to further lower the liquidus temperature. This S
In the n-13% Bi-5% Zn-3% In alloy,
The liquidus temperature is 189 ° C and the solidus temperature is 151 ° C.
Reflow soldering at 0 to 230 ° C is possible. This solder alloy was mixed with a flux component in the same manner as in Example 1 to make a trial solder paste. As a result of soldering a QFP lead having a solderability of 0.5 mm pitch by vapor reflow, the same result as the Sn-Pb eutectic crystal was obtained. Vapor reflow is similar to N2 reflow,
It is possible to prevent a significant decrease in wetting due to the oxidation of solder.

【0026】〔実施例3〕Biを15%、Znを5%、
残りSnであるSn−15%Bi−5%Zn合金に対し
てInを添加してはんだ合金を作成し合金の強度を測定
した。試料はそれぞれの合金を1(t)×2(w)mm×
平行部10mmの試験片に加工した。
Example 3 Bi = 15%, Zn = 5%,
In was added to the Sn-15% Bi-5% Zn alloy which is the remaining Sn to prepare a solder alloy, and the strength of the alloy was measured. Samples are each alloy 1 (t) x 2 (w) mm x
It processed into the test piece of parallel part 10mm.

【0027】引張速度が0.05mm/minの時の引張強度
を図7に示した。Inを加えることにより融点を低下さ
せるとともに強度も改善することがわかった。この合金
について、125℃で200時間高温放置をし、同条件
で引張強度を測定したが、高温放置による強度の劣化は
見られなかった。
The tensile strength at a tensile speed of 0.05 mm / min is shown in FIG. It was found that the addition of In lowers the melting point and improves the strength. This alloy was left to stand at a high temperature of 125 ° C. for 200 hours and the tensile strength was measured under the same conditions, but no deterioration of the strength due to the high temperature was observed.

【0028】また、Biが13%、Znが5%、残りが
SnであるSn−13%Bi−5%Zn合金にInを添
加したはんだ合金について室温、及び高温での伸び率を
測定した結果を図8に示した。高温での伸び率は、各組
成について100℃、125℃、150℃の高温槽内に
放置して十分平衡に達したところで測定を行なった。こ
の結果、Inの添加により高温での伸びが上昇すること
がわかった。従って、Inの添加により、接続時の材料
間の熱膨張差によって生じる応力を緩和でき、製品の信
頼性が向上するといえる。
Further, the results of measuring the elongation percentages at room temperature and high temperature of a solder alloy obtained by adding In to a Sn-13% Bi-5% Zn alloy in which Bi is 13%, Zn is 5%, and the balance is Sn Is shown in FIG. The elongation at high temperature was measured for each composition when it was left in a high temperature bath at 100 ° C., 125 ° C., and 150 ° C. and reached sufficient equilibrium. As a result, it was found that the addition of In increases the elongation at high temperature. Therefore, it can be said that the addition of In can alleviate the stress caused by the difference in thermal expansion between the materials at the time of connection and improve the reliability of the product.

【0029】このように高温で伸びの良いはんだは、リ
−ドの無い構造、つまり、Siチップのダイボンディン
グ、BGA(Ball Grid Array)、フリップチップ実装の
ようなはんだバンプを用いた構造体、及び、はんだ箔を
用いたモジュ−ル接合等において特に効果がある。これ
は、QFP等のようにリ−ドを用いてはんだ付けされる
構造体では、部品、基板材料間の熱膨張差によって発生
する応力が、リ−ドの変形によって吸収され、はんだへ
の影響を小さくすることができる。また、実稼動時のく
り返し応力もリ−ドの変形によって吸収できる。従っ
て、伸びの悪いはんだでも使用可能範囲は広い。しか
し、リ−ドのないはんだのみを介した構造では、熱膨張
差によって発生する応力を、すべてはんだが吸収しなけ
ればならない。このため、伸びの悪い、硬いはんだ材料
では、応力を吸収できず、界面に応力が集中してクラッ
クが発生し、はんだ付け界面での破壊が起こってしま
う。しかし、Inを添加することにより、高温での伸び
が向上し、且つ柔らかくなるので、はんだにかかる応力
をはんだ内の変形によって吸収できる。また、Siチッ
プをダイボンドする場合などは、柔らかい接合ができる
ので、Siチップの破壊を防止できる。従って、特には
んだバンプを用いた実装構造体、及びSiチップを接合
する構造体の信頼性向上に寄与できる。
As described above, the solder having good elongation at high temperature has a lead-free structure, that is, a structure using solder bumps such as die bonding of Si chip, BGA (Ball Grid Array) and flip chip mounting, Further, it is particularly effective in module joining using solder foil. This is because in a structure that is soldered using leads such as QFP, the stress generated by the difference in thermal expansion between components and substrate materials is absorbed by the deformation of the leads, which affects solder. Can be made smaller. Further, the repeated stress during actual operation can be absorbed by the deformation of the lead. Therefore, even solder with poor elongation can be used in a wide range. However, in the structure including only the solder having no lead, the solder must absorb all the stress generated by the difference in thermal expansion. For this reason, a hard solder material having poor elongation cannot absorb the stress, stress concentrates on the interface, and cracks occur, resulting in destruction at the soldering interface. However, the addition of In improves the elongation at high temperature and makes it soft, so that the stress applied to the solder can be absorbed by the deformation in the solder. Further, when the Si chip is die-bonded, soft bonding can be performed, so that the Si chip can be prevented from being broken. Therefore, it is possible to contribute particularly to the improvement of reliability of the mounting structure using the solder bumps and the structure for bonding the Si chip.

【0030】〔実施例4〕Znを7%、Biを8%、I
nを5%、残りSnからなる合金(Sn−7%Zn−8%
Bi−5%In合金)を用いて、約100μmのはんだ
ボールを作成した。このはんだ合金は目的の融点領域を
有する。このはんだボールに2μmのSnめっき、Sn
−Biめっき及び、Sn−Inめっきと3種類の表面処
理を施した。表面処理の前処理として、Sn−7%Zn
−8%Bi−5%In合金を硫酸を含む溶液に浸せきさ
せ表面の酸化膜を完全に除去した。めっきはバレルめっ
きで行った。このように表面処理すると、表面はSnも
しくはSn−BiめっきもしくはSn−Inめっきで覆
われているため、ぬれの阻害原因となるZnの溶融時の
酸化が起きにくいため、表面が被覆されていないはんだ
ボールに比べて、基板パッド、部品の端子上のぬれ性を
確保できる。このため、活性の弱い通常のフラックスを
用いて、最高230℃の温度でエアーリフローが可能と
なる。このときはんだ上に被覆したSnまたはSn−B
iまたはSn−In量はペースト中のはんだ量と比較し
て少ないので、成分はほとんど変化しない。従って、最
終的なはんだ組成の融点は、もとのはんだの融点とほと
んど変わらなかった。この表面処理を施したはんだボー
ルについて230℃におけるCu板上でのぬれ拡がり面
積を測定した。フラックスはロジン、及び有機ハロゲン
を塩素が0.15%になるように添加したイソプロピル
アルコール溶液を用いた。これによるとSnめっきまた
はSn−BiめっきまたはSn−Inめっきを施したは
んだボールの拡がり面積は、Sn−Pb共晶はんだを1
00%とすると、それぞれ75%、74%、78%であ
り実用化可能なぬれ性を確保でき、被覆をしなかったは
んだボールの68%よりぬれ性が向上した。
Example 4 Zn 7%, Bi 8%, I
Alloy consisting of 5% n and the rest Sn (Sn-7% Zn-8%
Bi-5% In alloy) was used to prepare solder balls of about 100 μm. This solder alloy has a desired melting point region. 2μm Sn plating, Sn on this solder ball
-Bi plating and Sn-In plating and three types of surface treatments were performed. As a pretreatment for the surface treatment, Sn-7% Zn
The -8% Bi-5% In alloy was dipped in a solution containing sulfuric acid to completely remove the oxide film on the surface. The plating was barrel plating. When the surface treatment is carried out in this way, the surface is covered with Sn or Sn—Bi plating or Sn—In plating, so that it is difficult to oxidize Zn when melting, which causes wetting, and therefore the surface is not covered. Compared with solder balls, it is possible to secure the wettability on board pads and terminals of components. Therefore, it is possible to perform air reflow at a temperature of up to 230 ° C. using a normal flux with weak activity. At this time, Sn or Sn-B coated on the solder
Since the amount of i or Sn-In is smaller than the amount of solder in the paste, the components hardly change. Therefore, the melting point of the final solder composition was almost the same as the melting point of the original solder. The wet spread area on the Cu plate at 230 ° C. was measured for the solder ball subjected to this surface treatment. The flux used was an isopropyl alcohol solution to which rosin and organic halogen were added so that chlorine was 0.15%. According to this, the spread area of the solder balls plated with Sn, Sn-Bi or Sn-In is 1 Sn-Pb eutectic solder.
When it is set to 00%, the wettability is 75%, 74% and 78%, respectively, which can be practically used, and the wettability is improved from 68% of the uncoated solder ball.

【0031】同はんだ合金に対してAuめっきを0.1
μm被覆したはんだボールを同様に作成したが、このは
んだボールも被覆しないはんだボールに比較してぬれが
改善したことを確認した。
Au plating was applied to the same solder alloy to 0.1
Although a μm-coated solder ball was prepared in the same manner, it was confirmed that this solder ball was improved in wettability as compared with an uncoated solder ball.

【0032】〔実施例5〕図9に、本発明のはんだをパ
ワ−モジュ−ル実装に適用した例を示す。図9中の
(a)はAl2O3基板、(b)はCu基板を使用した例
である。
[Embodiment 5] FIG. 9 shows an example in which the solder of the present invention is applied to power module mounting. 9A shows an example using an Al2O3 substrate, and FIG. 9B shows an example using a Cu substrate.

【0033】 1)Zn8%、Bi8%、In10%、残りSn 2)Zn8%、Bi5%、In10%、残りSn 3)Zn8%、Bi4%、In10%、Ag1%、残り
Sn 上記はんだ箔(t=0.1〜0.15mm厚)1を作
り、蒸着、電子ビ−ム等でメタライズ2を施した10m
m角のSiチップ3を、厚膜のメタライズを施したAl
2O3基板4、Cu基板5等にはんだ付けした。Siチッ
プ3には、Cr(0.1μm厚)−Ni(1.5μm
厚)−Au(0.1μm厚)のメタライズ2を施し、A
l2O3基板4には、W−Niめっき−Auめっきのメタ
ライズ6、Cu基板5にはNiめっき7を施した。はん
だ付けは、窒素雰囲気中で、はんだ箔表面を清浄後、高
温まで安定な酸化防止膜を塗布後に行なった。接合後の
温度サイクル試験(−55〜125℃)での1000サ
イクル後の特性劣化は、熱膨張係数の差の大きいCu基
板の場合でも少なかった。
1) Zn 8%, Bi 8%, In 10%, rest Sn 2) Zn 8%, Bi 5%, In 10%, rest Sn 3) Zn 8%, Bi 4%, In 10%, Ag 1%, rest Sn The solder foil (t = 0.1 to 0.15 mm thickness) 1 and metallized 2 by vapor deposition, electronic beam, etc. 10 m
The m-sided Si chip 3 is a thick-film metallized Al
Soldered to a 2O3 substrate 4, a Cu substrate 5 and the like. The Si chip 3 has Cr (0.1 μm thickness) -Ni (1.5 μm)
Thickness) -Au (0.1 μm thickness) metallized 2
The 1 2 O 3 substrate 4 was subjected to W-Ni plating-Au plating metallization 6 and the Cu substrate 5 was subjected to Ni plating 7. Soldering was performed in a nitrogen atmosphere after cleaning the surface of the solder foil and applying an antioxidant film that was stable up to high temperatures. In the temperature cycle test after bonding (-55 to 125 ° C), the characteristic deterioration after 1000 cycles was small even in the case of the Cu substrate having a large difference in thermal expansion coefficient.

【0034】Inを10%入れることで、はんだ自体の
硬さを低減し、高温での伸びを向上させることができ
る。このため、Siチップに対する応力的負担が少な
く、大形チップでもダイボンドが可能である。はんだ供
給法として、はんだ箔以外にはんだペ−ストでも可能で
ある。はんだペ−ストの粒径は30〜50μmとし、ぺ
−ストのポットライフ向上のため、粒子表面が直接ロジ
ンを接しない処理を施して、接続時に溶けて接合される
工夫を施した。
By adding 10% In, the hardness of the solder itself can be reduced and the elongation at high temperature can be improved. For this reason, the stress load on the Si chip is small, and even a large chip can be die-bonded. As a solder supply method, a solder paste may be used instead of the solder foil. The particle size of the solder paste was set to 30 to 50 μm, and in order to improve the pot life of the paste, the surface of the particles was treated so as not to come into direct contact with the rosin, and the particles were melted and joined at the time of connection.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように、本発明のSn−Zn−B
i−In系はんだは、Pbを含有しないので環境、人体
に対して有害でなく、資源的に安定して供給可能で涸渇
の問題がなく、コスト高にならず、かつ、従来のPb−
Sn共晶はんだと同等のリフロー温度で従来から使用さ
れているガラスエポキシ基板に、同一のリフロー装置で
はんだ付けできる。本はんだは強度が強く、特に高温で
の強度、耐クリープ強度に優れる。電子部品の継手とし
ても従来のPb−Sn共晶と同等の信頼性を有してい
る。なお、有機基板をとしてガラスエポキシを対象とし
たが、コンポジット基板、紙フェノール基板、紙エポキ
シ基板、ケプラーエポキシ基板等も耐熱温度としてはガ
ラスエポキシ基板とほぼ同等であることから、適用可能
である。ガラスポリイミド、ケプラーポリイミド、セラ
ミック基板等は耐熱温度は高いので、これらのはんだを
使用しても温度的制約は受けない。
As described above, the Sn-Zn-B of the present invention is used.
Since the i-In-based solder does not contain Pb, it is not harmful to the environment and human body, can be stably supplied as a resource, has no problem of depletion, does not have a high cost, and has a conventional Pb-content.
The same reflow device can be used for soldering to a glass epoxy substrate that has been conventionally used at a reflow temperature equivalent to that of Sn eutectic solder. This solder has high strength, especially at high temperatures and excellent creep resistance. Also as a joint for electronic parts, it has the same reliability as the conventional Pb-Sn eutectic. Although glass epoxy was used as the organic substrate, composite substrates, paper phenol substrates, paper epoxy substrates, Kepler epoxy substrates, etc. are applicable because their heat resistance temperatures are almost the same as those of glass epoxy substrates. Since glass polyimide, Kepler polyimide, ceramic substrate and the like have high heat resistance, there is no temperature limitation even if these solders are used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】公知となっているSn−Zn−Bi 3元系状
態図(液相温度)を示す。
FIG. 1 shows a known Sn—Zn—Bi ternary phase diagram (liquidus temperature).

【図2】熱分析による Zn:3〜9%、Bi:0〜3
0%、残りSnの範囲内の固相温度を示す。
FIG. 2: Zn: 3-9%, Bi: 0-3 by thermal analysis
The solid phase temperature within the range of 0% and the remaining Sn is shown.

【図3】熱分析による Zn:5%、Bi:10%、I
n:2〜5%、残りSnの範囲内の液相、固相温度を示
す。
FIG. 3: Thermal analysis of Zn: 5%, Bi: 10%, I
n: 2 to 5%, the liquid phase and solid phase temperature within the range of the remaining Sn are shown.

【図4】各Bi含有量のはんだ合金について,Zn:0
〜5%の範囲内の液相温度を示す。
FIG. 4 shows Zn: 0 for solder alloys with different Bi contents.
Liquid phase temperature in the range of ˜5%.

【図5】熱分析による Bi:10%、Zn:0〜5
%、残りSnの範囲内の固相、液相温度差を示す。
FIG. 5: By thermal analysis, Bi: 10%, Zn: 0-5
%, The solid phase and liquid phase temperature difference within the range of the remaining Sn are shown.

【図6】Bi:10%、In:2%、残りSnの時、Z
n量のぬれ性に及ぼす影響を示す。
[FIG. 6] Bi: 10%, In: 2%, when the remaining Sn, Z
The effect of n amount on wettability is shown.

【図7】Zn:5%、Bi:15%、In:0〜5%、
残りSnの範囲内の引張強度を示す。
FIG. 7: Zn: 5%, Bi: 15%, In: 0-5%,
The tensile strength within the range of the remaining Sn is shown.

【図8】Zn:5%、Bi:13%、In:0〜2%、
残りSnの範囲内の室温、高温伸びを示す。
FIG. 8: Zn: 5%, Bi: 13%, In: 0-2%,
It shows room temperature and high temperature elongation within the range of the remaining Sn.

【図9】本発明のはんだをパワ−モジュ−ル実装に適用
した例を示す。
FIG. 9 shows an example in which the solder of the present invention is applied to power module mounting.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:はんだ箔 2:Cr−Ni−Au 3:Siチップ 4:Al2O3基板 5:Cu基板 6:W−Niめっき−Auめっき 7:Niめっき 1: Solder foil 2: Cr-Ni-Au 3: Si chip 4: Al2O3 substrate 5: Cu substrate 6: W-Ni plating-Au plating 7: Ni plating

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 寿治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平7−155984(JP,A) 特開 平6−344181(JP,A) 特開 平6−238479(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/00 - 35/26 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshiharu Ishida 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, Ltd. Inside the Institute of Industrial Science, Hitachi, Ltd. (56) Reference Japanese Patent Laid-Open No. 7-155984 (JP, A) Kaihei 6-344181 (JP, A) JP-A-6-238479 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 35/00-35/26

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電子部品と、該電子部品を実装する基板を
有する実装品であって、該電子部品と該基板とは、 Zn:3〜9重量%,Bi:1〜16重量%,In:1
〜10重量%,残部がSnから成り,かつZn+Bi≧
9重量%である鉛フリーはんだにより形成され、かつ表
面をSnもしくはSnを含む合金で覆われたはんだボー
ルにより接続されたことを特徴とする実装品。
1. A mounted product having an electronic component and a substrate on which the electronic component is mounted, wherein the electronic component and the substrate are: Zn: 3 to 9% by weight, Bi: 1 to 16% by weight, In : 1
10% by weight, balance of Sn, Zn + Bi ≧
A mounted product, which is formed of 9 wt% lead-free solder and is connected by a solder ball whose surface is covered with Sn or an alloy containing Sn.
【請求項2】電子部品と、該電子部品を実装する基板を
有する実装品であって、該電子部品と該基板とは、 Zn:4〜7重量%,Bi:5〜13重量%,In:1
〜7重量%,残部がSnである鉛フリーはんだにより形
成され、かつ表面をSnもしくはSnを含む合金で覆わ
れたはんだボールにより接続されたことを特徴とする実
装品。
2. A mounted product having an electronic component and a substrate for mounting the electronic component, wherein the electronic component and the substrate are: Zn: 4 to 7% by weight, Bi: 5 to 13% by weight, In : 1
A mounted product, characterized in that the solder ball is formed of lead-free solder whose content is ˜7% by weight and the balance is Sn, and whose surface is covered with Sn or an alloy containing Sn.
【請求項3】請求項1又は2記載の実装品であって、 該SnもしくはSnを含む合金は1〜10μmの厚さで
あることを特徴とする実装品。
3. The mounted product according to claim 1 or 2, wherein the Sn or the alloy containing Sn has a thickness of 1 to 10 μm.
【請求項4】電子部品と、該電子部品を実装する基板を
有する実装品であって、該電子部品と該基板とは、 Zn:3〜9重量%,Bi:1〜16重量%,In:1
〜10重量%,残部がSnから成り,且つZn+Bi≧
9重量%である鉛フリーはんだにより形成され、かつ表
面をAuあるいはAuを含む合金で覆われたはんだボー
ルにより接続されたことを特徴とする実装品。
4. A mounted product having an electronic component and a substrate on which the electronic component is mounted, wherein the electronic component and the substrate are: Zn: 3 to 9% by weight, Bi: 1 to 16% by weight, In : 1
-10% by weight, balance of Sn, Zn + Bi ≧
A mounted product, which is formed of 9 wt% lead-free solder and is connected by a solder ball whose surface is covered with Au or an alloy containing Au.
【請求項5】電子部品と、該電子部品を実装する基板を
有する実装品であって、該電子部品と該基板とは、 Zn:4〜7重量%,Bi:5〜13重量%,In:1
〜7重量%,残部がSnである鉛フリーはんだにより形
成され、かつ表面をAuもしくはAuを含む合金で覆わ
れたはんだボールにより接続されたことを特長とする実
装品。
5. A mounting product having an electronic component and a substrate for mounting the electronic component, wherein the electronic component and the substrate are: Zn: 4 to 7% by weight, Bi: 5 to 13% by weight, In : 1
A mounted product, characterized in that the solder ball is formed of lead-free solder whose content is ˜7% by weight and the balance is Sn, and whose surface is covered with Au or an alloy containing Au.
【請求項6】請求項4又は5記載の実装品であって、 該AuもしくはAuを含む合金は0.2μm以下の厚さで
あることを特徴とする実装品。
6. The mounted product according to claim 4 or 5, wherein the Au or an alloy containing Au has a thickness of 0.2 μm or less.
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