JP3752064B2 - 半田材料及びそれを用いた電子部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部材と基板を半田材料を用いて接合するに際して、半田接合部の熱疲労性能に優れた半田材料及びそれを用いた電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＩＣチップやコンデンサ等と基板を接合する場合、半田材料が用いられており、５重量％Ｓｎ−９５重量％Ｐｂや６３重量％Ｓｎ−３７重量％Ｐｂ共晶半田が使用されている。
一方、ＩＣチップやコンデンサ等と基板を半田材料を用いて接合する場合、Ｎｉ、Ｃｕ等の被膜を介在させて半田付けする事が通常行われている。
また、電子機器類に組み込まれたＩＣチップ等を搭載した基板は電子機器のＯＮ−ＯＦＦに伴い、加熱−冷却を繰り返すという温度サイクル環境下に晒されている。特に最近のパッケージの小型化、薄肉化に伴い半田接合部が温度サイクル環境下に晒されるとクラックが生じ易いという問題が生じている。このことは、従来においては実装形態の設計変更によってクラックの発生に関する対策を図っていたものの、パッケージの小型化、薄肉化に伴い実装形態の設計の自由度が限定され、前記対策がとれなくなったことに起因している。
このため、温度サイクル環境下に晒されてもクラックが生じない半田材料が要求されている。
【０００３】
このような半田材料への要求に対して、例えば特開平１−１２７１９２号公報ではＳｎ−Ｐｂ合金に所定量のテルルを含有させることにより耐クラック性に優れることが開示されている。また特開平１−２３７０９５号公報ではＳｎ−Ｐｂ合金に所定量のＳｂ及びＩｎを含有させることにより耐クラック性に優れることが開示されている。特開平７−２９９５８５号公報ではＳｎ−Ｐｂ合金に所定量のＳｂ及びＮｉを含有させることにより耐疲労性に優れることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、ＩＣチップ等と基板を上記従来の半田材料を用いて接合した場合、温度サイクル環境下に晒された際の半田材料の耐熱疲労性の更なる向上が求められている。
また、半田材料の接合性を向上させるためにＮｉ被膜を介在させた場合、該Ｎｉ被膜の損傷を低減出来る半田材料が要求されている。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みなされたものでありその目的とするところは、ＩＣチップ等の電子部材と基板を半田材料を用いて接合するに当たり、半田材料の耐熱疲労性が向上するとともに、Ｎｉ被膜を用いた場合のＮｉ被膜の損傷を低減出来る半田材料と、該半田材料を用いてなる電子部品を提供する事にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る半田材料はＮｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一種が０．１〜８．０重量％、鉛（Ｐｂ）が７０重量％未満及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする。
請求項２に係る半田材料は、Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一種が０．１〜８．０重量％及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る半田材料は、Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）が０．０５〜６．０重量％、インジウム（Ｉｎ）が０．０５〜２．０重量％、鉛（Ｐｂ）が７０重量％未満及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする。
請求項４に係る半田材料は、Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）が０．０５〜６．０重量％、インジウム（Ｉｎ）が０．０５〜２．０重量％及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る電子部品は上記の半田材料を用いて電子部材と基板とを接合してなることを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて本発明を説明する。
上述のように本発明は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｓｎの含有比率を前記のようにした組成の半田材料、及びこの半田材料を用いて電子部材と基板を接合してなる電子部品である。
【００１０】
本発明において電子部材とは、基板に半田付けする部材をいい、例えばＩＣチップ、コンデンサ、半導体装置、ハイブリッドＩＣ等を総称して電子部材という。
また電子部品とは、▲１▼ＩＣチップを実装した半導体装置、▲２▼ハイブリッドＩＣ、▲３▼基板にＩＣチップ，半導体装置，コンデンサ等を搭載した装置、これら▲１▼〜▲３▼を総称して電子部品という。
【００１１】
また本発明においては、電子部材を搭載する印刷回路用銅張積層板やダイボンド用ダイを総称して基板という。印刷回路用銅張積層板には、樹脂結合材基板、セラミックス基板等がある。樹脂結合材基板は印刷回路用銅張積層板の中で基材の結合材料に主として樹脂を用いたものをいう。紙フェノール銅張積層板、紙エポキシ銅張積層板、ガラスエポキシ銅張積層板等が例示出来る。
【００１２】
本発明における半田材料は、Ｓｎ又はＳｎ−Ｐｂ合金をベース金属とする半田材料である。
該半田材料中のＰｂ含有量は０〜７０重量％であることが必要である。
Ｐｂ含有量が７０重量％を越えると、液相線温度が高くなると共に環境問題に対して好ましくない。
このなかでも、半田材料の耐熱疲労性を更に向上させるためには、Ｐｂ含有量が０〜６５重量％であることが好ましい。
また、Ｐｂ含有量が０重量％に近い程、環境に優しい半田材料になると共に、耐熱疲労性が向上する。このためＰｂ含有量が０重量％であることが最も好ましい。
但し、本発明においてＰｂ含有量が０重量％とは、不可避不純物として混入する微量のＰｂは許容するものである。
【００１３】
本発明では前記ベース金属に、所定量のＡｇ、Ｉｎの少なくとも１種との共存に於いて、所定量のＦｅ及びＮｉを含有することが必要である。
Ｆｅ、Ｎｉの含有量が各々４．９９重量％以下では、４．９９重量％を越えるものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、基板と半田材料の間にＮｉ被膜を介在させた場合の該Ｎｉ被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
Ｆｅ、Ｎｉの含有量が各々０．０１重量％以上では、０．０１重量％未満のものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、上記Ｎｉ被膜を介在させた際の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
またＦｅ、Ｎｉの合計の含有量が５．０重量％以下では、５．０重量％を越えるものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、上記Ｎｉ被膜を介在させた際の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
Ｆｅ、Ｎｉの合計の含有量が０．０２重量％以上では、０．０２重量％未満のものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、上記Ｎｉ被膜を介在させた際の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
このため、Ｆｅを０．０１〜４．９９重量％、Ｎｉを０．０１〜４．９９重量％であって、且つその合計量を０．０２〜５．０重量％と定めた。
【００１４】
本発明では上記ベース金属及び前記所定量のＦｅ、Ｎｉとの共存に於いて、所定量のＡｇ、Ｉｎの少なくとも１種を含有することが必要である。
Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種が８．０重量％以下では、８．０重量％を越えるものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、基板と半田材料の間にＮｉ被膜を介在させた場合の該Ｎｉ被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種が０．１重量％以上では、Ａｇ及びＩｎのいずれか１種を含有しその含有量が０．１重量％未満のもの、または、Ａｇ及びＩｎの双方を含有しその合計量０．１重量％未満のものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、上記Ｎｉ被膜を介在させた際の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
このため、Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種の含有量を０．１〜８．０重量％と定めた。
また、半田材料の耐熱疲労性の向上と、上記Ｎｉ被膜の損傷低減を図るためには、ＡｇとＩｎの双方を含有すると共に、その含有量をＡｇ：０．０５〜６．０重量％、Ｉｎ：０．０５〜２．０重量％とすることがより好ましい。
【００１５】
本発明に係る半田材料は、テープ、ワイヤ、ペレット、ボール、クリーム状等に加工して用いたり、浸せき浴や蒸着用の材料として用いることが出来る。また高融点粒子を混入させた複合材料として使用することも出来る。
テープ、ワイヤ状の加工方法としては次の方法が例示出来る
テープの場合、インゴットに鋳造した後圧延、スリッター加工を施し所定寸法のテープ形状に仕上げる。テープ寸法としては、厚さ０．０５〜０．５ｍｍ、幅０．５〜５．０ｍｍの範囲が選ばれる。
ワイヤの場合は、インゴットの押出し又は溶湯を水中へ噴出する急冷方法により素線を得た後、伸線加工により所定寸法のワイヤ状に仕上げる。ワイヤ寸法としては、直径０．０５〜５．０ｍｍ迄の範囲が選ばれる。
【００１６】
クリーム半田に加工する場合は、粘性基材としてフラックスを用い、これと粉末半田を混練して適当な粘性を持たせてクリーム状半田に仕上げる。フラックスは、ロジン又は重合ロジンを有機溶剤で溶解し、さらに活性剤を添加して液状フラックスとしたものを主に用いるが、これ以外にも、無機酸系、有機酸系の各種フラックスを適宜用いることができる。
粉末半田の製造には、溶融状態から粉末化する方法として粒化法、衝撃法、噴霧法があげられる。
一例として、天然ロジン（松やに）を芳香族系高級アルコールで溶解したものを液状フラックスとし、所定の組成に調合・溶解されたインゴットから噴霧法で作製した１００〜４００メッシュの半田粉末に対し、５−３０ｗｔ％の割合で液状フラックスを混練して得た、２〜８０万ｃｐｓ粘度範囲のクリーム半田をあげることができる。
【００１７】
また、半導体素子を基板に接合する場合や、ダイボンディングやハイブリッドＩＣ用に本発明になる半田材料を用いる際、電子部材と基板の水平度を保つ為に、上記組成の半田材料に高融点粒子を混入させた複合材料として用いることが出来る。
高融点粒子の融点は４００℃以上、その含有量は０．００１〜０．６重量％、粒子の径辺寸法は５〜１００μｍである事が好ましい。
高融点粒子の材質としてはＣｕ、Ｎｉ等の金属粒子、ＳｉＯ2 等の酸化物、ＳｉＣ等の炭化物が例示出来る。
【００１８】
本発明になる半田材料は、半田付け被接合材の表面にＮｉ被膜、Ｃｕ被膜が施されている場合も、半田付けすることによる接合性を向上させる事が出来る。
その中でも、ＮＥＭＡ規格に定めるＦＲ−４のような樹脂結合材基板にＮｉ被膜を施して半田付けする場合に好ましい。
Ｎｉ被膜の形成方法はメッキ、蒸着等の方法が用いられる。蒸着によるＮｉ被膜の厚さは１０００〜３０００オングストロームが好ましい。
【００１９】
本発明になる電子部品としては、例えばＩＣチップをダイボンドした半導体装置やＢＧＡ、とりわけＣＳＰパッケージにおいて、電子部材としてのチップキャリヤ基板とメインボード基板を、Ｎｉ被膜を介して半田付け接合された電子部品が例示出来る。
図１を用いてＢＡＧパッケージとしての電子部品を説明する。
図中の符号１はアルミナ基板、２はＩＣチップ、３はボンディングワイヤ、４は封止樹脂、５は半導体装置、６は半導体装置パッド電極、７は本発明に係る半田材料からなる半田ボールでパッド電極６側に接合されている。８はメインボードとしてのガラスエポキシ銅張積層板、９はパッド電極である。パッド電極６、９の表面はＮｉメッキやＣｕメッキが施されている。さらにパッド電極９のメッキ層の上には、半田ボール７接合用のフラックス又はクリーム半田が塗布されている。このような構成の電子部品を、水素雰囲気の加熱炉中を通過させ、半田ボール７を溶融させて半田付けを行う。
【００２０】
図２は半導体素子を基板へ実装してなる電子部品を示す。
図中の符号１１はアルミナ基板、１２はＩＣチップ、１３，１４はパッド電極、１５は本発明に係る半田材料からなる半田ボールでパッド電極１３側に接合されている。パッド電極１３，１４の表面はＮｉメッキやＣｕメッキが施されており、さらにパッド電極１４のメッキ層の上には、半田ボール１５接合用のフラックス又はクリーム半田が塗布されている。このような構成のものを加熱炉中を通過させ、半田ボール１５を溶融させてアルミナ基板１１にＩＣチップ１２を半田付けし、最後に封止樹脂１６でＩＣチップ１２を封止して半導体装置１７が完成する。
【００２１】
図３は、リードフレームに半導体素子を搭載し樹脂モールドで封止したパッケージ型の半導体装置を基板へ実装してなる電子部品を示す。
図中の符号２１は前記半導体装置、２２はそのアウターリード、２３は基板、２４は基板上のパッド電極、２５は本発明に係る半田材料からなる半田ボールでリード２２側に接合されている。パッド電極２４の表面はＮｉメッキやＣｕメッキが施されている。さらにパッド電極２４のメッキ層の上には、半田ボール２５接合用のフラックス又はクリーム半田が塗布されている。このような構成の電子部品を加熱炉中を通過させ、半田ボール２５を溶融させて半田付けを行う。
【００２２】
図４は、半導体素子をダイボンディングにより基板へ実装した電子部品を示し、図中３１はＩＣチップ、３２は基板、３３は本発明に係る半田材料からなる半田ボールでＩＣチップ３１側に接合されている。ＩＣチップ３１，基板３２における半田ボール接合箇所の表面は、ＮｉメッキやＣｕメッキが形成されている。さらに基板３２側のメッキ層の上には、半田ボール３３接合用のフラックス又はクリーム半田が塗布されている。このような構成の電子部品を加熱炉中を通過させ、半田ボール３３を溶融させて半田付けを行う。
【００２３】
上記半田ボール７，１５，２５，３３は、本発明に係る半田材料をテープ，ワイヤ，ペレット状等に加工したものから形成されるが、該半田ボールに代えてクリーム半田を用いる場合は、スクリーン印刷法で所定量の半田を印刷・溶融させることにより、前記半田ボールを用いた場合と同じ効果を出すことが出来る。
【００２４】
以上、ＩＣチップや半導体装置を基板に実装してなる電子部品の例を示したが、これ以外に、ハイブリッドＩＣや、コンデンサを基板に接続してなる電子部品を製造する際にも本発明になる半田材料を用いる事が出来る。
また本発明になる半田材料は、Ｎｉ被膜を有する電子部材の接合の際に好ましく用いられる。
【００２５】
【実施例Ａ】
（実施例１）
純度９９．９９重量％のＳｎに、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｐｂを所定量配合し、真空溶解した後、鋳造して表１に示す組成のインゴットを得た。該インゴットを圧延して厚さ０．１ｍｍ×幅１０ｍｍのテープを得て、該テープを素材としてプレス加工を行い半田ペレットを得た。該ペレットを油中で加熱、冷却して直径０．７６ｍｍ程度の半田ボールに仕上げた。
該半田ボールを図５に示す試験装置に供し、耐熱疲労性とＮｉ被膜損傷度を測定した。以下、その測定方法について説明する。
【００２６】
まず図示のように、アルミナ基板４１、ガラスエポキシ銅張積層板４１’上に、蒸着により形成した３０００オングストローム厚さのＮｉ被膜４２、４２’を中心間距離２ｍｍで形成し、該Ｎｉ被膜４２、４２’を介して、フラックス（日本アルファメタル製Ｒ５００３）を塗布した前記半田ボール（０．７６ｍｍφ）４３を２箇所載置し、Ｎｉ被膜４２、４２’をリード４４で配線した。
次いで、該試験試料を水素雰囲気の加熱炉中で加熱した後、炉外に取り出して冷却することにより基板４１、４１’同士をＮｉ被膜４２、４２’を介して２箇所で半田付け接合した。
【００２７】
［耐熱疲労性測定方法］
上記試験試料を−４５℃×１５分、１２０℃×１５分保持することを１サイクルとする試験を行い、電源４５、電圧計４６，４６’、電流計４７を図５のように配線し、１ｍＡの一定電流を流して、クラックの発生により電圧が急上昇するまでのサイクル数を測定し、その測定結果を表２に示した。
【００２８】
［Ｎｉ被膜損傷度測定方法］
図５に示す試料を、１ｍＡの一定電流を流して半田ボール間の電圧Ｖ1 、Ｖ2 を測定し、Ｒ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／Ｉから抵抗値を測定した。
図５と同一の試験装置を、前記した半田付け方法により１０回繰り返して半田付けすることによる劣化性能を試験した。前記した半田付け方法による半田付けを１回行った時の抵抗値ＲをＲ1 とし、１０回行った時の抵抗値ＲをＲ10とし、（Ｒ10／Ｒ1 ）をＮｉ被膜損傷度とした。
試験装置５個の平均値をＮｉ被膜損傷度の測定結果として表２に示す。
【００２９】
（実施例２〜２０／比較例１〜１２）
実施例１で説明したインゴットの組成を表１、表３中に記載したようにしたこと以外は、実施例１と同様にして半田ボールを得た後、同様の試験装置を作成して、熱サイクル試験及びＮｉ被膜損傷試験を行った。その測定結果を表２、表４に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
以上の測定結果によれば、本発明になる半田材料を用い、Ｎｉ被膜を介在させて基板同士の半田付け試験を行ったところ、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、Ｎｉ被膜の損傷を防止できるという優れた効果が得られた。
本試験での耐熱疲労性は前述したように、一定電流を流して電圧が急上昇するまでのサイクル数を測定したものであるが、電圧が急上昇した時点で半田材料にクラックが見られた。このことから本試験での電圧が急上昇するまでのサイクル数とは、熱サイクル環境に晒された時、半田材料にクラックが生じるまでのサイクル数であるといえる。
また半田材料の接合性を向上させるために接合面にＮｉ被膜を被覆することが通常行われているが、時間の経過と共に接合性が低下してくることがある。この理由はＮｉ被膜が溶解、損傷し非接合面が出来ていることが判った。非接合面が出来ると電気抵抗が増大することに着目し、本試験では半田付け性劣化度である前述した（Ｒ10／Ｒ1 ）をＮｉ被膜損傷度の評価基準とした。
【００３５】
Ｆｅを０．０１〜４．９９重量％、Ｎｉを０．０１〜４．９９重量％であって、その合計量が０．０２〜５．０重量％、Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種が０．１〜８．０重量％、Ｐｂが０〜７０重量％及び残部がＳｎと不可避不純物からなる組成を有する実施例１〜２０は、熱サイクル試験におけるサイクル数が２１００〜３０００であり、Ｎｉ被膜損傷度は１．１〜１．５と優れた効果を示した。
【００３６】
このなかでも、Ｐｂ含有量が０〜６５．０重量％である実施例１〜１０、実施例１２〜２０は、熱サイクル試験におけるサイクル数が２３００〜３０００と更に優れた効果を示した。このためＰｂ含有量は０〜６５．０重量％であることが好ましい。
【００３７】
このなかでも、Ｐｂ含有量が０である実施例１２〜２０は、熱サイクル試験におけるサイクル数が２４００〜３０００と更に優れた効果を示した。環境に優しい半田材料であることを併せて考えると、Ｐｂ含有量が０であることが更に好ましい。
【００３８】
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｂの含有量が同じである実施例３、６、７、８、９を対比してみると、実施例３、６、７の方が熱サイクル試験におけるサイクル数が優れていることが判る。また実施例１４、１７、１８、１９、２０を対比してみると、実施例１４、１７、１８の方が熱サイクル試験におけるサイクル数が優れていることが判る。
このことから、Ａｇ、Ｉｎの双方を含有すると共に、その含有量は、Ａｇ：０．０５〜６．０重量％、Ｉｎ：０．０５〜２．０重量％であることが好ましいことが判る。
【００３９】
Ｆｅ及びＮｉの何れか一方のみを所定量含有する比較例２、３、５、８、９、１１は熱サイクル試験におけるサイクル数が１４００〜１７００であり、Ｎｉ被膜損傷度は１．７〜２．２であった。
このことから、本発明の課題に対してはＦｅ及びＮｉの双方を所定量含有することにより優れた効果を生じることが判る。
【００４０】
Ｆｅ及びＮｉの含有量が所定量未満である比較例１、７及び所定量を越える比較例４、６、１０、１２は、熱サイクル試験におけるサイクル数が１３００〜１８００であり、Ｎｉ被膜損傷度は２．４〜３．９であった。
このことから、本発明の課題に対してはＦｅ及びＮｉの双方を所定量含有することにより優れた効果を生じることが判る。
【００４１】
【実施例Ｂ】
純度９９．９９重量％のＳｎに、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｐｂを所定量配合し、真空溶解した後鋳造して表１中に示す実施例１と同じ組成のインゴットを得、これを溶融して噴霧法により２００〜３００メッシュの半田粉末を作製した。該半田粉末に対し、天然ロジンを高級アルコールで溶解した液状フラックスを１５ｗｔ％の割合で混練し、所望粘度のクリーム半田に仕上げ、該クリーム半田を図５に示した試験装置に供した。この場合、Ｎｉ被膜４２の被接合面（図５ではＮｉ被膜４２の下面）に、スクリーン印刷法でクリーム半田を供給し、加熱・溶融させることにより半田ボール４３を形成した後、洗浄により該半田ボール４３中のフラックス（クリーム半田に含有されたフラックス）を除去した。次いで、Ｎｉ被膜４２’の被接合面（図５ではＮｉ被膜４２’の上面）に接合用フラックスを塗布し、半田ボール４３がＮｉ被膜４２’上に載置されるよう、基板４１を基板４１’上にセットし、しかる後、Ｎｉ被膜４２、４２’をリード４４で配線した。
この試験試料を水素雰囲気の加熱炉中で加熱した後、炉外に取り出して冷却することにより基板４１、４１’同士をＮｉ被膜４２、４２’を介して２箇所で半田付け接合した。そうして、該試験試料について実施例Ａと同様にして耐熱疲労性とＮｉ被膜損傷度を測定したところ、表２中に示す実施例１と同一の測定結果が得られた。
【００４２】
さらにインゴットの組成を、表１中に示す実施例２，５，６，１３，１４と同じとしたこと以外は前記と同様にして試験試料を作製し、且つ前記同様の耐熱疲労性とＮｉ被膜損傷度を測定したところ、表２中に示す実施例２，５，６，１３，１４と夫々同一の測定結果が得られた。
このことから、上記半田ボールをクリーム半田で形成した場合も、実施例Ａと同様の結果が得られることが確認できた。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、Ｆｅ：０．０１〜４．９９重量％、Ｎｉ：０．０１〜４．９９重量％でその合計量が０．０２〜５．０重量％、Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種：０．１〜８．０重量％、Ｐｂ：０〜７０重量％及び残部がＳｎと不可避不純物からなる組成の半田材料としたので、ＩＣチップ等の電子部材と基板を半田材料を用いて接合するに当たり、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、前記接合にＮｉ被膜を介在させた場合の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を得ることができた。
【００４４】
また、Ｆｅ：０．０１〜４．９９重量％、Ｎｉ：０．０１〜４．９９重量％でその合計量が０．０２〜５．０重量％、Ａｇ：０．０５〜６．０重量％、Ｉｎ：０．０５〜２．０重量％、Ｐｂ：０〜７０重量％及び残部がＳｎと不可避不純物からなる組成の半田材料とした場合は、上記耐熱疲労性及びＮｉ被膜の損傷低減をより向上し得るという顕著な効果を得ることができた。
【００４５】
従って、実装形態の設計の自由度が限定されるのでクラックの発生に関する対応が困難である小型・薄型の電子部品の製造，組み立てに用いて極めて有用な半田材料を提供することができた。
また本発明に係る半田材料は、テープ、ワイヤ、ペレット、ボール、クリーム状等に加工して用いたり、浸せき浴や蒸着用の材料として用いたり、高融点粒子を混入させた複合材料として使用するなど、用途や条件に合わせて各種の使用形態に対応できる。
【００４６】
また本発明に係る電子部品は、上記半田材料を用いて電子部材と基板を接合した構成としたので、半田付け部分の耐熱疲労性が向上すると共に、該半田付けにＮｉ被膜を介在させた場合の該被膜の損傷度が低減し、加熱−冷却を繰り返すという温度サイクル環境下（使用環境下）に晒されても、長期にわたって適正に作動する信頼性の高い製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半田材料を用いてなる電子部品の一例を示す縦断正面図。
【図２】本発明に係る半田材料を用いてなる電子部品の一例を示す斜視図。
【図３】本発明に係る半田材料を用いてなる電子部品の一例を示す縦断正面図。
【図４】本発明に係る半田材料を用いてなる電子部品の一例を示す縦断正面図。
【図５】本発明に係る半田材料の耐熱疲労性とＮｉ被膜損傷度の測定方法の概略図。
【符号の説明】
１，８，１１，２３，３２，４１，４１’：基板
２，１２，３１：ＩＣチップ
６，９，１３，１４，２４，４２，４２’：パッド電極
７，１５，２５，３３，４３：半田ボール
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部材と基板を半田材料を用いて接合するに際して、半田接合部の熱疲労性能に優れた半田材料及びそれを用いた電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＩＣチップやコンデンサ等と基板を接合する場合、半田材料が用いられており、５重量％Ｓｎ−９５重量％Ｐｂや６３重量％Ｓｎ−３７重量％Ｐｂ共晶半田が使用されている。
一方、ＩＣチップやコンデンサ等と基板を半田材料を用いて接合する場合、Ｎｉ、Ｃｕ等の被膜を介在させて半田付けする事が通常行われている。
また、電子機器類に組み込まれたＩＣチップ等を搭載した基板は電子機器のＯＮ−ＯＦＦに伴い、加熱−冷却を繰り返すという温度サイクル環境下に晒されている。特に最近のパッケージの小型化、薄肉化に伴い半田接合部が温度サイクル環境下に晒されるとクラックが生じ易いという問題が生じている。このことは、従来においては実装形態の設計変更によってクラックの発生に関する対策を図っていたものの、パッケージの小型化、薄肉化に伴い実装形態の設計の自由度が限定され、前記対策がとれなくなったことに起因している。
このため、温度サイクル環境下に晒されてもクラックが生じない半田材料が要求されている。
【０００３】
このような半田材料への要求に対して、例えば特開平１−１２７１９２号公報ではＳｎ−Ｐｂ合金に所定量のテルルを含有させることにより耐クラック性に優れることが開示されている。また特開平１−２３７０９５号公報ではＳｎ−Ｐｂ合金に所定量のＳｂ及びＩｎを含有させることにより耐クラック性に優れることが開示されている。特開平７−２９９５８５号公報ではＳｎ−Ｐｂ合金に所定量のＳｂ及びＮｉを含有させることにより耐疲労性に優れることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、ＩＣチップ等と基板を上記従来の半田材料を用いて接合した場合、温度サイクル環境下に晒された際の半田材料の耐熱疲労性の更なる向上が求められている。
また、半田材料の接合性を向上させるためにＮｉ被膜を介在させた場合、該Ｎｉ被膜の損傷を低減出来る半田材料が要求されている。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みなされたものでありその目的とするところは、ＩＣチップ等の電子部材と基板を半田材料を用いて接合するに当たり、半田材料の耐熱疲労性が向上するとともに、Ｎｉ被膜を用いた場合のＮｉ被膜の損傷を低減出来る半田材料と、該半田材料を用いてなる電子部品を提供する事にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る半田材料はＮｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一種が０．１〜８．０重量％、鉛（Ｐｂ）が７０重量％未満及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする。
請求項２に係る半田材料は、Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一種が０．１〜８．０重量％及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る半田材料は、Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）が０．０５〜６．０重量％、インジウム（Ｉｎ）が０．０５〜２．０重量％、鉛（Ｐｂ）が７０重量％未満及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする。
請求項４に係る半田材料は、Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）が０．０５〜６．０重量％、インジウム（Ｉｎ）が０．０５〜２．０重量％及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る電子部品は上記の半田材料を用いて電子部材と基板とを接合してなることを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて本発明を説明する。
上述のように本発明は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｓｎの含有比率を前記のようにした組成の半田材料、及びこの半田材料を用いて電子部材と基板を接合してなる電子部品である。
【００１０】
本発明において電子部材とは、基板に半田付けする部材をいい、例えばＩＣチップ、コンデンサ、半導体装置、ハイブリッドＩＣ等を総称して電子部材という。
また電子部品とは、▲１▼ＩＣチップを実装した半導体装置、▲２▼ハイブリッドＩＣ、▲３▼基板にＩＣチップ，半導体装置，コンデンサ等を搭載した装置、これら▲１▼〜▲３▼を総称して電子部品という。
【００１１】
また本発明においては、電子部材を搭載する印刷回路用銅張積層板やダイボンド用ダイを総称して基板という。印刷回路用銅張積層板には、樹脂結合材基板、セラミックス基板等がある。樹脂結合材基板は印刷回路用銅張積層板の中で基材の結合材料に主として樹脂を用いたものをいう。紙フェノール銅張積層板、紙エポキシ銅張積層板、ガラスエポキシ銅張積層板等が例示出来る。
【００１２】
本発明における半田材料は、Ｓｎ又はＳｎ−Ｐｂ合金をベース金属とする半田材料である。
該半田材料中のＰｂ含有量は０〜７０重量％であることが必要である。
Ｐｂ含有量が７０重量％を越えると、液相線温度が高くなると共に環境問題に対して好ましくない。
このなかでも、半田材料の耐熱疲労性を更に向上させるためには、Ｐｂ含有量が０〜６５重量％であることが好ましい。
また、Ｐｂ含有量が０重量％に近い程、環境に優しい半田材料になると共に、耐熱疲労性が向上する。このためＰｂ含有量が０重量％であることが最も好ましい。
但し、本発明においてＰｂ含有量が０重量％とは、不可避不純物として混入する微量のＰｂは許容するものである。
【００１３】
本発明では前記ベース金属に、所定量のＡｇ、Ｉｎの少なくとも１種との共存に於いて、所定量のＦｅ及びＮｉを含有することが必要である。
Ｆｅ、Ｎｉの含有量が各々４．９９重量％以下では、４．９９重量％を越えるものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、基板と半田材料の間にＮｉ被膜を介在させた場合の該Ｎｉ被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
Ｆｅ、Ｎｉの含有量が各々０．０１重量％以上では、０．０１重量％未満のものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、上記Ｎｉ被膜を介在させた際の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
またＦｅ、Ｎｉの合計の含有量が５．０重量％以下では、５．０重量％を越えるものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、上記Ｎｉ被膜を介在させた際の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
Ｆｅ、Ｎｉの合計の含有量が０．０２重量％以上では、０．０２重量％未満のものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、上記Ｎｉ被膜を介在させた際の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
このため、Ｆｅを０．０１〜４．９９重量％、Ｎｉを０．０１〜４．９９重量％であって、且つその合計量を０．０２〜５．０重量％と定めた。
【００１４】
本発明では上記ベース金属及び前記所定量のＦｅ、Ｎｉとの共存に於いて、所定量のＡｇ、Ｉｎの少なくとも１種を含有することが必要である。
Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種が８．０重量％以下では、８．０重量％を越えるものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、基板と半田材料の間にＮｉ被膜を介在させた場合の該Ｎｉ被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種が０．１重量％以上では、Ａｇ及びＩｎのいずれか１種を含有しその含有量が０．１重量％未満のもの、または、Ａｇ及びＩｎの双方を含有しその合計量０．１重量％未満のものと対比して、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、上記Ｎｉ被膜を介在させた際の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を有する。
このため、Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種の含有量を０．１〜８．０重量％と定めた。
また、半田材料の耐熱疲労性の向上と、上記Ｎｉ被膜の損傷低減を図るためには、ＡｇとＩｎの双方を含有すると共に、その含有量をＡｇ：０．０５〜６．０重量％、Ｉｎ：０．０５〜２．０重量％とすることがより好ましい。
【００１５】
本発明に係る半田材料は、テープ、ワイヤ、ペレット、ボール、クリーム状等に加工して用いたり、浸せき浴や蒸着用の材料として用いることが出来る。また高融点粒子を混入させた複合材料として使用することも出来る。
テープ、ワイヤ状の加工方法としては次の方法が例示出来る
テープの場合、インゴットに鋳造した後圧延、スリッター加工を施し所定寸法のテープ形状に仕上げる。テープ寸法としては、厚さ０．０５〜０．５ｍｍ、幅０．５〜５．０ｍｍの範囲が選ばれる。
ワイヤの場合は、インゴットの押出し又は溶湯を水中へ噴出する急冷方法により素線を得た後、伸線加工により所定寸法のワイヤ状に仕上げる。ワイヤ寸法としては、直径０．０５〜５．０ｍｍ迄の範囲が選ばれる。
【００１６】
クリーム半田に加工する場合は、粘性基材としてフラックスを用い、これと粉末半田を混練して適当な粘性を持たせてクリーム状半田に仕上げる。フラックスは、ロジン又は重合ロジンを有機溶剤で溶解し、さらに活性剤を添加して液状フラックスとしたものを主に用いるが、これ以外にも、無機酸系、有機酸系の各種フラックスを適宜用いることができる。
粉末半田の製造には、溶融状態から粉末化する方法として粒化法、衝撃法、噴霧法があげられる。
一例として、天然ロジン（松やに）を芳香族系高級アルコールで溶解したものを液状フラックスとし、所定の組成に調合・溶解されたインゴットから噴霧法で作製した１００〜４００メッシュの半田粉末に対し、５−３０ｗｔ％の割合で液状フラックスを混練して得た、２〜８０万ｃｐｓ粘度範囲のクリーム半田をあげることができる。
【００１７】
また、半導体素子を基板に接合する場合や、ダイボンディングやハイブリッドＩＣ用に本発明になる半田材料を用いる際、電子部材と基板の水平度を保つ為に、上記組成の半田材料に高融点粒子を混入させた複合材料として用いることが出来る。
高融点粒子の融点は４００℃以上、その含有量は０．００１〜０．６重量％、粒子の径辺寸法は５〜１００μｍである事が好ましい。
高融点粒子の材質としてはＣｕ、Ｎｉ等の金属粒子、ＳｉＯ2 等の酸化物、ＳｉＣ等の炭化物が例示出来る。
【００１８】
本発明になる半田材料は、半田付け被接合材の表面にＮｉ被膜、Ｃｕ被膜が施されている場合も、半田付けすることによる接合性を向上させる事が出来る。
その中でも、ＮＥＭＡ規格に定めるＦＲ−４のような樹脂結合材基板にＮｉ被膜を施して半田付けする場合に好ましい。
Ｎｉ被膜の形成方法はメッキ、蒸着等の方法が用いられる。蒸着によるＮｉ被膜の厚さは１０００〜３０００オングストロームが好ましい。
【００１９】
本発明になる電子部品としては、例えばＩＣチップをダイボンドした半導体装置やＢＧＡ、とりわけＣＳＰパッケージにおいて、電子部材としてのチップキャリヤ基板とメインボード基板を、Ｎｉ被膜を介して半田付け接合された電子部品が例示出来る。
図１を用いてＢＡＧパッケージとしての電子部品を説明する。
図中の符号１はアルミナ基板、２はＩＣチップ、３はボンディングワイヤ、４は封止樹脂、５は半導体装置、６は半導体装置パッド電極、７は本発明に係る半田材料からなる半田ボールでパッド電極６側に接合されている。８はメインボードとしてのガラスエポキシ銅張積層板、９はパッド電極である。パッド電極６、９の表面はＮｉメッキやＣｕメッキが施されている。さらにパッド電極９のメッキ層の上には、半田ボール７接合用のフラックス又はクリーム半田が塗布されている。このような構成の電子部品を、水素雰囲気の加熱炉中を通過させ、半田ボール７を溶融させて半田付けを行う。
【００２０】
図２は半導体素子を基板へ実装してなる電子部品を示す。
図中の符号１１はアルミナ基板、１２はＩＣチップ、１３，１４はパッド電極、１５は本発明に係る半田材料からなる半田ボールでパッド電極１３側に接合されている。パッド電極１３，１４の表面はＮｉメッキやＣｕメッキが施されており、さらにパッド電極１４のメッキ層の上には、半田ボール１５接合用のフラックス又はクリーム半田が塗布されている。このような構成のものを加熱炉中を通過させ、半田ボール１５を溶融させてアルミナ基板１１にＩＣチップ１２を半田付けし、最後に封止樹脂１６でＩＣチップ１２を封止して半導体装置１７が完成する。
【００２１】
図３は、リードフレームに半導体素子を搭載し樹脂モールドで封止したパッケージ型の半導体装置を基板へ実装してなる電子部品を示す。
図中の符号２１は前記半導体装置、２２はそのアウターリード、２３は基板、２４は基板上のパッド電極、２５は本発明に係る半田材料からなる半田ボールでリード２２側に接合されている。パッド電極２４の表面はＮｉメッキやＣｕメッキが施されている。さらにパッド電極２４のメッキ層の上には、半田ボール２５接合用のフラックス又はクリーム半田が塗布されている。このような構成の電子部品を加熱炉中を通過させ、半田ボール２５を溶融させて半田付けを行う。
【００２２】
図４は、半導体素子をダイボンディングにより基板へ実装した電子部品を示し、図中３１はＩＣチップ、３２は基板、３３は本発明に係る半田材料からなる半田ボールでＩＣチップ３１側に接合されている。ＩＣチップ３１，基板３２における半田ボール接合箇所の表面は、ＮｉメッキやＣｕメッキが形成されている。さらに基板３２側のメッキ層の上には、半田ボール３３接合用のフラックス又はクリーム半田が塗布されている。このような構成の電子部品を加熱炉中を通過させ、半田ボール３３を溶融させて半田付けを行う。
【００２３】
上記半田ボール７，１５，２５，３３は、本発明に係る半田材料をテープ，ワイヤ，ペレット状等に加工したものから形成されるが、該半田ボールに代えてクリーム半田を用いる場合は、スクリーン印刷法で所定量の半田を印刷・溶融させることにより、前記半田ボールを用いた場合と同じ効果を出すことが出来る。
【００２４】
以上、ＩＣチップや半導体装置を基板に実装してなる電子部品の例を示したが、これ以外に、ハイブリッドＩＣや、コンデンサを基板に接続してなる電子部品を製造する際にも本発明になる半田材料を用いる事が出来る。
また本発明になる半田材料は、Ｎｉ被膜を有する電子部材の接合の際に好ましく用いられる。
【００２５】
【実施例Ａ】
（実施例１）
純度９９．９９重量％のＳｎに、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｐｂを所定量配合し、真空溶解した後、鋳造して表１に示す組成のインゴットを得た。該インゴットを圧延して厚さ０．１ｍｍ×幅１０ｍｍのテープを得て、該テープを素材としてプレス加工を行い半田ペレットを得た。該ペレットを油中で加熱、冷却して直径０．７６ｍｍ程度の半田ボールに仕上げた。
該半田ボールを図５に示す試験装置に供し、耐熱疲労性とＮｉ被膜損傷度を測定した。以下、その測定方法について説明する。
【００２６】
まず図示のように、アルミナ基板４１、ガラスエポキシ銅張積層板４１’上に、蒸着により形成した３０００オングストローム厚さのＮｉ被膜４２、４２’を中心間距離２ｍｍで形成し、該Ｎｉ被膜４２、４２’を介して、フラックス（日本アルファメタル製Ｒ５００３）を塗布した前記半田ボール（０．７６ｍｍφ）４３を２箇所載置し、Ｎｉ被膜４２、４２’をリード４４で配線した。
次いで、該試験試料を水素雰囲気の加熱炉中で加熱した後、炉外に取り出して冷却することにより基板４１、４１’同士をＮｉ被膜４２、４２’を介して２箇所で半田付け接合した。
【００２７】
［耐熱疲労性測定方法］
上記試験試料を−４５℃×１５分、１２０℃×１５分保持することを１サイクルとする試験を行い、電源４５、電圧計４６，４６’、電流計４７を図５のように配線し、１ｍＡの一定電流を流して、クラックの発生により電圧が急上昇するまでのサイクル数を測定し、その測定結果を表２に示した。
【００２８】
［Ｎｉ被膜損傷度測定方法］
図５に示す試料を、１ｍＡの一定電流を流して半田ボール間の電圧Ｖ1 、Ｖ2 を測定し、Ｒ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／Ｉから抵抗値を測定した。
図５と同一の試験装置を、前記した半田付け方法により１０回繰り返して半田付けすることによる劣化性能を試験した。前記した半田付け方法による半田付けを１回行った時の抵抗値ＲをＲ1 とし、１０回行った時の抵抗値ＲをＲ10とし、（Ｒ10／Ｒ1 ）をＮｉ被膜損傷度とした。
試験装置５個の平均値をＮｉ被膜損傷度の測定結果として表２に示す。
【００２９】
（実施例２〜２０／比較例１〜１２）
実施例１で説明したインゴットの組成を表１、表３中に記載したようにしたこと以外は、実施例１と同様にして半田ボールを得た後、同様の試験装置を作成して、熱サイクル試験及びＮｉ被膜損傷試験を行った。その測定結果を表２、表４に示す。
【００３０】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
以上の測定結果によれば、本発明になる半田材料を用い、Ｎｉ被膜を介在させて基板同士の半田付け試験を行ったところ、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、Ｎｉ被膜の損傷を防止できるという優れた効果が得られた。
本試験での耐熱疲労性は前述したように、一定電流を流して電圧が急上昇するまでのサイクル数を測定したものであるが、電圧が急上昇した時点で半田材料にクラックが見られた。このことから本試験での電圧が急上昇するまでのサイクル数とは、熱サイクル環境に晒された時、半田材料にクラックが生じるまでのサイクル数であるといえる。
また半田材料の接合性を向上させるために接合面にＮｉ被膜を被覆することが通常行われているが、時間の経過と共に接合性が低下してくることがある。この理由はＮｉ被膜が溶解、損傷し非接合面が出来ていることが判った。非接合面が出来ると電気抵抗が増大することに着目し、本試験では半田付け性劣化度である前述した（Ｒ10／Ｒ1 ）をＮｉ被膜損傷度の評価基準とした。
【００３５】
Ｆｅを０．０１〜４．９９重量％、Ｎｉを０．０１〜４．９９重量％であって、その合計量が０．０２〜５．０重量％、Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種が０．１〜８．０重量％、Ｐｂが０〜７０重量％及び残部がＳｎと不可避不純物からなる組成を有する実施例１〜２０は、熱サイクル試験におけるサイクル数が２１００〜３０００であり、Ｎｉ被膜損傷度は１．１〜１．５と優れた効果を示した。
【００３６】
このなかでも、Ｐｂ含有量が０〜６５．０重量％である実施例１〜１０、実施例１２〜２０は、熱サイクル試験におけるサイクル数が２３００〜３０００と更に優れた効果を示した。このためＰｂ含有量は０〜６５．０重量％であることが好ましい。
【００３７】
このなかでも、Ｐｂ含有量が０である実施例１２〜２０は、熱サイクル試験におけるサイクル数が２４００〜３０００と更に優れた効果を示した。環境に優しい半田材料であることを併せて考えると、Ｐｂ含有量が０であることが更に好ましい。
【００３８】
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｂの含有量が同じである実施例３、６、７、８、９を対比してみると、実施例３、６、７の方が熱サイクル試験におけるサイクル数が優れていることが判る。また実施例１４、１７、１８、１９、２０を対比してみると、実施例１４、１７、１８の方が熱サイクル試験におけるサイクル数が優れていることが判る。
このことから、Ａｇ、Ｉｎの双方を含有すると共に、その含有量は、Ａｇ：０．０５〜６．０重量％、Ｉｎ：０．０５〜２．０重量％であることが好ましいことが判る。
【００３９】
Ｆｅ及びＮｉの何れか一方のみを所定量含有する比較例２、３、５、８、９、１１は熱サイクル試験におけるサイクル数が１４００〜１７００であり、Ｎｉ被膜損傷度は１．７〜２．２であった。
このことから、本発明の課題に対してはＦｅ及びＮｉの双方を所定量含有することにより優れた効果を生じることが判る。
【００４０】
Ｆｅ及びＮｉの含有量が所定量未満である比較例１、７及び所定量を越える比較例４、６、１０、１２は、熱サイクル試験におけるサイクル数が１３００〜１８００であり、Ｎｉ被膜損傷度は２．４〜３．９であった。
このことから、本発明の課題に対してはＦｅ及びＮｉの双方を所定量含有することにより優れた効果を生じることが判る。
【００４１】
【実施例Ｂ】
純度９９．９９重量％のＳｎに、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｐｂを所定量配合し、真空溶解した後鋳造して表１中に示す実施例１と同じ組成のインゴットを得、これを溶融して噴霧法により２００〜３００メッシュの半田粉末を作製した。該半田粉末に対し、天然ロジンを高級アルコールで溶解した液状フラックスを１５ｗｔ％の割合で混練し、所望粘度のクリーム半田に仕上げ、該クリーム半田を図５に示した試験装置に供した。この場合、Ｎｉ被膜４２の被接合面（図５ではＮｉ被膜４２の下面）に、スクリーン印刷法でクリーム半田を供給し、加熱・溶融させることにより半田ボール４３を形成した後、洗浄により該半田ボール４３中のフラックス（クリーム半田に含有されたフラックス）を除去した。次いで、Ｎｉ被膜４２’の被接合面（図５ではＮｉ被膜４２’の上面）に接合用フラックスを塗布し、半田ボール４３がＮｉ被膜４２’上に載置されるよう、基板４１を基板４１’上にセットし、しかる後、Ｎｉ被膜４２、４２’をリード４４で配線した。
この試験試料を水素雰囲気の加熱炉中で加熱した後、炉外に取り出して冷却することにより基板４１、４１’同士をＮｉ被膜４２、４２’を介して２箇所で半田付け接合した。そうして、該試験試料について実施例Ａと同様にして耐熱疲労性とＮｉ被膜損傷度を測定したところ、表２中に示す実施例１と同一の測定結果が得られた。
【００４２】
さらにインゴットの組成を、表１中に示す実施例２，５，６，１３，１４と同じとしたこと以外は前記と同様にして試験試料を作製し、且つ前記同様の耐熱疲労性とＮｉ被膜損傷度を測定したところ、表２中に示す実施例２，５，６，１３，１４と夫々同一の測定結果が得られた。
このことから、上記半田ボールをクリーム半田で形成した場合も、実施例Ａと同様の結果が得られることが確認できた。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、Ｆｅ：０．０１〜４．９９重量％、Ｎｉ：０．０１〜４．９９重量％でその合計量が０．０２〜５．０重量％、Ａｇ及びＩｎのうち少なくとも１種：０．１〜８．０重量％、Ｐｂ：０〜７０重量％及び残部がＳｎと不可避不純物からなる組成の半田材料としたので、ＩＣチップ等の電子部材と基板を半田材料を用いて接合するに当たり、半田材料の耐熱疲労性が向上すると共に、前記接合にＮｉ被膜を介在させた場合の該被膜の損傷を低減出来るという優れた効果を得ることができた。
【００４４】
また、Ｆｅ：０．０１〜４．９９重量％、Ｎｉ：０．０１〜４．９９重量％でその合計量が０．０２〜５．０重量％、Ａｇ：０．０５〜６．０重量％、Ｉｎ：０．０５〜２．０重量％、Ｐｂ：０〜７０重量％及び残部がＳｎと不可避不純物からなる組成の半田材料とした場合は、上記耐熱疲労性及びＮｉ被膜の損傷低減をより向上し得るという顕著な効果を得ることができた。
【００４５】
従って、実装形態の設計の自由度が限定されるのでクラックの発生に関する対応が困難である小型・薄型の電子部品の製造，組み立てに用いて極めて有用な半田材料を提供することができた。
また本発明に係る半田材料は、テープ、ワイヤ、ペレット、ボール、クリーム状等に加工して用いたり、浸せき浴や蒸着用の材料として用いたり、高融点粒子を混入させた複合材料として使用するなど、用途や条件に合わせて各種の使用形態に対応できる。
【００４６】
また本発明に係る電子部品は、上記半田材料を用いて電子部材と基板を接合した構成としたので、半田付け部分の耐熱疲労性が向上すると共に、該半田付けにＮｉ被膜を介在させた場合の該被膜の損傷度が低減し、加熱−冷却を繰り返すという温度サイクル環境下（使用環境下）に晒されても、長期にわたって適正に作動する信頼性の高い製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半田材料を用いてなる電子部品の一例を示す縦断正面図。
【図２】本発明に係る半田材料を用いてなる電子部品の一例を示す斜視図。
【図３】本発明に係る半田材料を用いてなる電子部品の一例を示す縦断正面図。
【図４】本発明に係る半田材料を用いてなる電子部品の一例を示す縦断正面図。
【図５】本発明に係る半田材料の耐熱疲労性とＮｉ被膜損傷度の測定方法の概略図。
【符号の説明】
１，８，１１，２３，３２，４１，４１’：基板
２，１２，３１：ＩＣチップ
６，９，１３，１４，２４，４２，４２’：パッド電極
７，１５，２５，３３，４３：半田ボール
Claims (8)
- Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一種が０．１〜８．０重量％、鉛（Ｐｂ）が７０重量％未満及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする半田材料。
- Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一種が０．１〜８．０重量％及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする半田材料。
- Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）が０．０５〜６．０重量％、インジウム（Ｉｎ）が０．０５〜２．０重量％、鉛（Ｐｂ）が７０重量％未満及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする半田材料。
- Ｎｉ皮膜を介しての接合用の半田材料であり、鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）が０．０５〜６．０重量％、インジウム（Ｉｎ）が０．０５〜２．０重量％及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなることを特徴とする半田材料。
- 鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一種が０．１〜８．０重量％、鉛（Ｐｂ）が７０重量％未満及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなる半田材料を用いて電子部材と基板をＮｉ皮膜を介して接合した電子部品。
- 鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一種が０．１〜８．０重量％及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなる半田材料を用いて電子部材と基板をＮｉ皮膜を介して接合した電子部品。
- 鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）が０．０５〜６．０重量％、インジウム（Ｉｎ）が０．０５〜２．０重量％、鉛（Ｐｂ）が７０重量％未満及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなる半田材料を用いて電子部材と基板をＮｉ皮膜を介して接合した電子部品。
- 鉄（Ｆｅ）が０．０１〜４．９９重量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１〜４．９９重量％であってその合計料が０．０２〜５．０重量％、銀（Ａｇ）が０．０５〜６．０重量％、インジウム（Ｉｎ）が０．０５〜２．０重量％及び残部が錫（Ｓｎ）と不可避不純物からなる半田材料を用いて電子部材と基板をＮｉ皮膜を介して接合した電子部品。
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