JP3724486B2 - 鉛フリーはんだボール用合金とはんだボール - Google Patents
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Description
さらに別の面からは、本発明は、鉛フリーはんだボール、特に電子機器のはんだ付けに用いる鉛フリーはんだボールに関する。
すなわち、液体のはんだが、冷却されて固体に変化するとき、はんだが結晶化して析出してくる。その後はんだの結晶が成長して徐々に固体に変化していく。このはんだの結晶の成長は全体的に成長するわけでなく、一定方向にだけ成長して樹枝状の結晶が発生する場合がある。
このような点に着目してさらに検討重ね、本発明者らは、Sn−Ag−Cu系のはんだボールのはんだ組成に、溶融温度の高い金属、具体的には、鉄族金属、好ましくはCo、を添加すると引け巣やしわを防止できることを見出し本発明を完成させた。そして、さらにPを添加することにより、濡れ性の改善が図れることを見出したものである。
(1) 液体のはんだが、冷却されて固体に変化するとき、溶融したはんだ粒子が冷却されることにより、はんだ成分が結晶化し、析出してくる。析出した結晶を核として、はんだの固溶体が取り付き徐々に成長していく。このはんだの結晶の成長は平均的に成長するわけでなく、一定方向にだけ成長して樹枝状の結晶が発生する場合がある。樹枝状の結晶の成長は、液相−固相の変化時に過剰な固溶体が生じる場合に発生しやすい。
本発明のSn−Ag−Cu系鉛フリーはんだボールの組成のうち、Agは3%以上添加することにより、溶融温度を下げる効果を持ち、さらに濡れ性の改善、強度の向上にも役立つ。しかし、余り過剰に添加すると、はんだの溶融温度を上昇させて、はんだの濡れ性を劣化させてしまうため、6%以下とする。好ましくは、3〜5%である。さらに、Agの添加量としては、はんだの溶融温度を低くできる組成として、Snに対して70:3原子%の添加が好ましい。
Cuの1%以上の添加は、強度の改善効果を持ち、少量のCuの添加は濡れ性の改善をもたらす。しかし、4%を越えたCuの多量の添加は、はんだの溶融温度を上昇させて、はんだ濡れ性を劣化させてしまう。好ましくは、1〜3%である。さらに、好ましいCuの添加量はSnに対して70:1原子%である。
鉄族の金属 (Fe、Ni、Co) を添加することではんだボールの表面平滑性を確保できる。鉄族金属は好ましくはCoである。Coは、はんだボール表面の平滑化を改善するために0.01%以上添加する。しかし、Coの添加量が多すぎるとはんだの濡れ性を低下させることから、2%以下とする。好ましくは、0.02〜0.5 %である。FeまたはNiの場合も同様である。2種以上の鉄族金属を添加する場合は、合計量で規定する。
Sn−Ag−Cu系のはんだに、冷却されて固体に変化するとき、核として結晶化しやすい金属を添加することで、樹枝状の結晶の発生を押さえることができるが、核として結晶化しやすい金属を添加すると、添加量により濡れ性に悪影響を与えることもあり得る。この対策として、Pを少量添加すれば核として結晶化しやすい金属を添加した場合でも、今まで以上の濡れ性を発揮することができる。Pの添加量は0.04〜4 原子%である。
本発明において、はんだ合金の組成の残部はSnであり、一般にははんだ組成の86〜96%を占める。
本発明にかかるはんだボールは、半導体装置のBGA、CSPなどのはんだバンプ形成用に使用される限り、特にその大きさ等について制限はないが、通常は、直径: 約0.05〜1.0 mmのものである。
また、表1の試験No. 1、6、7のはんだボールの外観の電子顕微鏡写真をそれぞれ図1、2、3に示す。
Claims (4)
- 原子%で、Ag:3〜6%、Cu:1〜4%、Co:0.01〜2%、Sn:残部からなる鉛フリーはんだボール用合金。
- さらにPを0.04〜4原子%添加した、請求項1記載の鉛フリーソルダボール用合金。
- 原子%で、Ag:3〜6%、Cu:1〜4%、Co:0.01〜2%、Sn:残部からなる合金から成る鉛フリーはんだボール。
- 前記合金に、さらにPを0.04〜4原子%添加した、請求項3記載の鉛フリーはんだボール。
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