JP3719624B2 - 電子部品実装用はんだ及び電子部品の実装方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明ははんだに関し、特にＩＣ等の電子部品を回路基板に実装するのに有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、電子機器の小型、薄型、軽量、多機能化は、ＰＨＳ、カ−ナビゲ−ションシステム、ビデオカメラ、ノ−トブックパソコン等のパ−ソナルユ−スにおいて顕著であり、これに伴い電子部品の小型化、複合化、高機能化、表面実装の高密度化が加速され、電子回路板の発熱量の増加や使用条件の過酷化に対処するために、電子部品のはんだ付け部の熱疲労に対する信頼性の一層の向上が要求されている。
電子部品のはんだ付けには、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだを使用することが多く、前述した要求に対応するため、そのはんだ付け部の機械的強度を増強させ、耐熱疲労性を向上させるために、Ｃｕを添加することが公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
回路基板のランド或いは半導体パッケ−ジのリ−ドやランドには、防食のためにＮｉをメッキすることがあり、この場合、そのメッキを無電解メッキで行うことがある。
例えば、ＢＧＡ（ボ−ルグリッドアレイ）においては、はんだボ−ルを固着するランドのＮｉメッキを無電解メッキで行って、ランドの微小化、工数の低減、低コスト化を図ることが公知である。
しかしながら、無電解Ｎｉメッキ面を、上記Ｃｕを添加したＳｎ−Ｐｂ系はんだではんだ付けしても、耐熱疲労性のさしたる向上を得ることができない。
【０００４】
そこで、本発明者において、その原因を鋭意探究したところ、Ｎｉ膜の析出時、無電解Ｎｉメッキ浴中の還元剤〔Ｎａ Ｈ ＰＯ
、ＫＨ ＰＯ 、ＮａＢＨ 、（ＣＨ ） ＮＨ・ＢＨ 〕のＰやＢが共析してその析出Ｎｉ膜に含有され、熱履歴の経過中、接合界面にＳｎの脆弱な燐化物や硼化物が生成される結果であることが判明した。
本発明の目的は、Ｓｎ−Ｐｂ系のはんだにおいて、はんだ付け部の耐熱疲労性（繰返し熱応力により破断に至る難易性）をＣｕ単独添加の場合に較べて一段と向上させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子部品実装用はんだは、Ｓｎが５．０〜９５．０重量％、Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ｐｔが０．０５〜０．２重量％、残部がＰｂであることを特徴とし、１００重量部に対し、ＰまたはＢの少なくとも一方を０．３重量部以下添加することができる。
本発明に係る電子部品の実装方法は、無電解Ｎｉメッキ面を有する電子部品、特にシリコンチップと該電子部品を実装する基板とを上記はんだにより接続することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係るはんだにおいて、Ｓｎ−Ｐｂ系をベ−スとした理由は、耐熱性の低い半導体部品の実装にも使用できるようにすることにある。
本発明に係るはんだにおいては、被接合面が無電解Ｎｉメッキ面であっても、すなわち、析出金属膜中に無電解Ｎｉメッキ浴中の還元剤成分であるＰやＢが共析していても、好適にはんだ付けできる。
本発明に係るはんだにおいて、Ｓｎを５〜９５重量％とした理由は、被接合面に対する濡れ性及び広がり性を確保するためである。
Ｃｕを添加する理由は、後述するＰｔとの相乗作用で、はんだの機械的強度を増強させ、耐熱疲労性を向上させると共に当該Ｃｕの接合界面近傍への移行によりＳｎと金属間化合物を形成させ、Ｓｎの燐化物や硼化物の生成を抑えて接合強度の低下を抑制するためである。Ｃｕの添加量を０．１重量％〜３．０重量％とする理由は、０．１重量％未満では、これらの向上・抑制効果を満足に達成し難く、３．０重量％を越えると、液相線温度が高くなり（２５０℃以上）、半導体部品の安全なはんだ付けが難しくなり、またＳｎとの金属間化合物量の過剰化のために、接合界面の機械的強度の低下が招来されるからである。
Ｐｔを添加する理由は、上記Ｃｕとの相乗作用で、はんだの機械的強度を増強させ、耐熱疲労性を向上させると共に当該Ｐｔの接合界面近傍への移行により燐化物や硼化物をＳｎよりも優先的に生成させ、Ｓｎの燐化物や硼化物の生成を抑えて接合強度の低下を抑制するためである。Ｐｔの添加量を０．０５重量％〜０．２重量％とする理由は、０．０５重量％未満では、機械的強度の増強、耐熱疲労性の向上がＣｕ単独添加の場合に較べ実質的に優位差がなくなり、またＰｔの燐化物や硼化物の生成が僅少となって接合強度の低下阻止を満足に達成し難く、０．２重量％を越えると、液相線温度が高くなって、半導体部品の安全なはんだ付けが難しくなり、また、流動性も低下するからである。
【０００７】
本発明に係るはんだにおいて、ＰまたはＢを添加する理由は、ＰまたはＢを含有する無電解Ｎｉメッキ膜との接合前に、はんだ中に予めＳｎの硼化物を生成させておき、はんだ付け時やその後の熱履歴の経過中に、無電解Ｎｉメッキ膜に含有されているＰまたはＢとの化合物が接合界面に生成するのを抑制し、接合強度の低下を抑制することにある。ＰまたはＢの添加量を０．３重量部以下とする理由は、０．３重量部を越えると高価になるばかりか、はんだの脆弱化が招来されるからである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るはんだは、発明の作用効果を実質的に維持できる範囲内であれば、不純物を含んだ状態で使用することができる。
而して、ＪＩＳ Ｚ ３２８２−１９８６−表３に規定されているＡ級の化学成分に従い、Ｚｎを０．００３重量％以下、Ｆｅを０．０３重量％以下、Ａｌを０．００５重量％以下、Ａｓを０．０３重量％以下、Ｃｄを０．００５重量％以下の範囲で含有することが許容される。
【０００９】
本発明に係るはんだは、ランドを無電解ＮｉメッキしたＢＧＡやＣＳＰ（チップサイズパツケ−ジ）等におけるランドでのはんだバンプの形成に使用するはんだボ−ル、シリコンチップ等の電子部品をフロ−はんだ付け法によって回路基板に実装する場合に使用するはんだ浴、電子部品をリフロ−はんだ付け法によって回路基板に実装する場合に使用するクリ−ムはんだのはんだ粉末の外、棒状はんだ、線状はんだ、リボン状はんだ、プリフォ−ム状はんだ、やに入りはんだとしても使用できる。
【００１０】
上記ＢＧＡにおけるはんだバンプの形成においては、本発明に係るはんだのボ−ル（通常１０００〜５００μｍの直径）を、ＢＧＡの無電解Ｎｉメッキランド（直径は上記のボ−ル直径よりもやや小）にフラックスと共に搭載し、リフロ−によりはんだボ−ルを溶融してバンプに形成することができる。このようにして、バンプを形成したＢＧＡを実装するには、回路基板にフラックスまたはソルダ−ペ−ストを印刷し、ＢＧＡのバンプをこの印刷フラックス或いは印刷ソルダ−ペ−ストに仮固定し、リフロ−によりバンプを溶融させ、次いで冷却してはんだを凝固させ、これにて実装を終了する。
本発明に係るはんだを使用する無電解Ｎｉ接合面は、本発明の効果を実質的に維持できる範囲内であれば、はんだの濡れ性を良くするために、その表面にＳｎやＰｄやＡｕ等をメッキすることもできる。
【００１１】
【実施例】
〔実施例１〕
ＢＧＡ（ランドピッチ１．５ｍｍ、ランド外径７００μｍ、ランド個数１５×１５）のランドに無電解Ｎｉメッキを施したものを、被接合面とした。
はんだには、Ｓｎ５重量％、Ｃｕ０．５重量％、Ｐｔ０．２重量％、残部Ｐｂを使用し、このはんだで直径８００μｍのはんだボ−ルを調製し、このはんだボ−ルを上記ＢＧＡの無電解Ｎｉメッキランドにフラックスで付着させ、不活性雰囲気中、液相線温度＋５０℃の温度でリフロ−によりバンプを形成した。
このバンプ形成ＢＧＡを不活性雰囲気中、液相線温度＋５０℃の温度でリフロ−により回路基板に接合した。
この試料を１５０℃×１００時間でエ−ジングし、プッシュプルゲ−ジを用い引張り速度約１ｍｍ／sec、試験温度２５℃で引張り試験を行ったところ、初期引張り強度及びエ−ジング後引張り強度は表１の通りであった。
また、エ−ジング後での引張り破断は、はんだ合金内部からの破断であった。
【００１２】
【表１】

【００１３】
〔実施例２〜９及び参考例１〕
はんだとして、表１に示す組成のものを使用した以外、実施例１に同じとした。
実施例１と同様の条件でエ−ジングし、引張り試験を行ったところ、初期引張り強度及びエ−ジング後引張り強度は表１の通りであった。
また、エ−ジング後での引張り破断は、何れの実施例ともはんだ合金内部からの破断であった。
なお、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだの電解Ｎｉメッキ面に対する接合部のエ−ジング引張り破断ははんだ合金内部からの破断であり、上記各実施例の破断はエ−ジング後での引張り破断は、この破断状態に一致している。
【００１４】
〔比較例１〜４〕
はんだとして、表１に示す組成のものを使用した以外、実施例１に同じとした。
実施例１と同様の条件でエ−ジングし、引張り試験を行ったところ、初期引張り強度及びエ−ジング後引張り強度は表１の通りであった。
また、エ−ジング後での引張り破断は、比較例４においては、はんだ合金内部からの破断であったが、他は全て接合界面からの破断であった。
【００１５】
【発明の効果】
比較例１と比較例３または４との対比から、ＣｕまたはＰｔ単独添加でも初期引張り強度を増加できるが、この単独添加では、エ−ジング後での引張り強度保持率がたかだか６０％であって、耐熱疲労特性が不充分であるのに対し、実施例１〜９のようにＣｕとＰｔの両方を添加しているはんだでは、初期引張り強度の増加及びエ−ジング後での引張り強度保持率９０％もの充分な耐熱疲労特性を保証でき、参考例１と実施例の対比から、Ｐｔが０．２重量％以下の少量添加でも充分な耐熱疲労特性を保証できる。
かかる優れた耐熱疲労特性と、破断状態も対電解Ｎｉ接合時と同様にはんだ内部から発生することから、はんだ付け界面に脆いＳｎの硼化物が生成するのを防止できることが明らかである。
従って、本発明に係るはんだを使用して電子部品を実装すれば、電子部品を無電解Ｎｉメッキ面にはんだ付けしても、充分な接合信頼性、安定性を保証できる。

Claims (5)

1. Ｓｎが５．０〜９５．０重量％、Ｃｕが０．１〜３．０重量％、Ｐｔが０．０５〜０．２重量％、残部がＰｂからなることを特徴とする電子部品実装用はんだ。
2. 請求項１記載の組成１００重量部にＰまたはＢの少なくとも一方が０．３重量部以下添加されていることを特徴とする電子部品実装用はんだ。
3. 無電解Ｎｉメッキ面のはんだ付けに使用する請求項１または２記載の電子部品実装用はんだ。
4. 無電解Ｎｉメッキ面を有する電子部品と該電子部品を実装する基板とを請求項１〜３何れか記載の電子部品実装用はんだにより接続することを特徴とする電子部品の実装方法。
5. 電子部品がシリコンチップである請求項４記載の電子部品の実装方法。