JP3850135B2 - 高温はんだ付用Ｚｎ合金 - Google Patents

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    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や機械部品の組立などにおける高温はんだ付用に好適なＺｎ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワートランジスタ素子のダイボンディングを始めとする各種電子部品の組立工程におけるはんだ付では高温はんだ付が行われ、比較的高温の３００℃程度の融点を有するはんだ合金（以下、単に「はんだ合金」という）が用いられている。このはんだ合金には、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ合金に代表されるＰｂ合金（Ｐｂ系はんだ合金）が従来より用いられている。
【０００３】
近年、環境汚染に対する配慮からＰｂの使用を規制する動きが強くなってきている。こうした動きに対応して電子組立の分野においても、Ｐｂを含まないはんだ合金が求められている。
【０００４】
しかしながら、従来のＰｂ系はんだ合金を代替できるはんだ合金はまだ提案されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、電子部品の組立などで用いるのに好適な融点を有する高温はんだ付用Ｚｎ合金を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ合金は、固相線温度と液相線温度がそれぞれ３０５℃、３１５℃であること、Ｚｎ−Ａｌ系共晶合金は、共晶温度が３８０℃付近にあるといわれていること、に着目した。
【０００７】
そして、Ｚｎ−Ａｌ系共晶合金は、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ合金と比べると融点がまだ高いが、Ｚｎ−Ａｌ系共晶合金を基本とする合金は、上記Ｐｂ系はんだ合金を代替できるはんだ合金になり得ると考えた。そして、Ｚｎ−Ａｌ系共晶の融点を適当にさらに下げるためには、該共晶にＧｅまたは／およびＭｇ、または更にＳｎまたは／およびＩｎを添加することが有効であることを見出だし、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明の高温はんだ付用Ｚｎ合金は、（１）Ａｌを１〜９質量％含み、Ｇｅを０．０５〜１質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の他の高温はんだ付用Ｚｎ合金は、（２）Ａｌを５質量％以上９質量％以下含み、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の他の高温はんだ付用Ｚｎ合金は、（３）Ａｌを１〜９質量％含み、Ｇｅを０．０５〜１質量％含み、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の高温はんだ付用Ｚｎ合金は、上記いずれかの構成で更に、Ｓｎまたは／およびＩｎを０．１〜２５質量％含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のＺｎ系はんだ合金において、Ａｌ含有量を１〜９質量％としたのは、この範囲をはずれると、融点の向上が著しくなるからである。
【００１３】
ＧｅまたはＭｇの添加は合金の低融点化を達成するための添加元素である。Ｇｅ含有量を０．０５〜１質量％、Ｍｇ含有量を０．０１〜０．５質量％としたのは、それぞれの下限含有量未満では添加効果が不十分で当該はんだ合金の融点が高くなりすぎるためで、それぞれの上限含有量を超えると、合金の加工性が低下してワイヤや板材を得るのが難しくなるとともに、熱応力の発生により接合した半導体素子等に割れを発生させる等の不具合を生じるようになる。
【００１４】
なお、更にＧｅの添加は合金のクリープ強度を向上させ、接合信頼性を向上させる働きがあり、Ｍｇの添加は合金のクリープ強度を向上させる働きと、合金の耐食性を向上させる働きがある。
【００１５】
ＳｎまたはＩｎの添加は、合金の融点を更に下げる効果がある。Ｚｎ−Ｓｎ系、またはＺｎ−Ｉｎ系ではそれぞれの共晶温度の２００℃付近以上、１４５℃付近以上で液相が生じるが、本発明の範囲内であれば生じる液相の量は少なく、各種電子部品の組立などで用いるのに何ら支障はない。
【００１６】
Ｓｎまたは／およびＩｎの含有量を０．１〜２５質量％とするのは、下限含有量未満では融点の低下効果が不十分であり、上限含有量を超えると共晶点以上の温度で生じる液相の量が多くなり、各種電子部品の組立などで用いるのに支障があるからである。
【００１７】
【実施例】
Ｚｎ地金、Ａｌ地金、Ｇｅ地金、Ｍｇ地金、Ｓｎ地金およびＩｎ地金（以上の原料は、いずれも純度９９．９質量％）を用い、大気溶解炉によりＺｎ合金を溶製した。溶製したＺｎ合金を化学分析し、その結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
Figure 0003850135
【００１９】
上記溶製したＺｎ合金について、融点を測定し、濡れ性を評価した。融点の測定は、マック・サイエンス（MAC SCIENCE）社製熱分析装置（DSC3100型）を用い、昇温・降温速度を１０℃／分として行った。また、濡れ性の評価は、上記融点測定で得た各液相線温度より２０℃高い温度に窒素気流中で保持するＺｎ合金浴を調製し、次に、Ａｇめっきを施した銅片を上記浴中に５秒間浸漬した後、該銅片を取り出し観察し、次に、取り出した銅片のＡｇめっき面にＺｎ合金融液が濡れ広がった場合には「良」と、濡れ広がらなかった場合には「不良」と評価した。
【００２０】
なお、Ｓｎ、Ｉｎの添加によりそれぞれ２００℃、１４５℃以上の温度で少量の液相が存在する。このため、表１において使用する固相線温度の用語は厳密なものではない。表１に示した固相線温度は、上記微少量の液相を無視し、合金の大部分を占めている固相部分が溶解を開始する温度を測定したものである。
【００２１】
また、加工性の評価として、各合金の１０ｍｍ厚の鋳塊を冷間圧延し、０．１ｍｍ厚まで圧延が可能だった場合には「良」と、割れが入って０．１ｍｍ厚まで圧延できなかった場合には「不良」と評価した。
【００２２】
また、接合信頼性の評価は、はんだダイボンダー（ｄａｇｅ社製ＥＤＢ−２００）を用いてＡｇめっきリードフレーム上に、５ｍｍ角のＡｕを蒸着したダミーチップを接合し、さらにトランスファーモールド型のモールド機を用いてエポキシ樹脂（住友ベークライト社製、ＥＭＥ−６３００）でモールドした試料に、−５０℃と１５０℃の温度サイクル試験を５００サイクル実施した。サイクル実施後樹脂を開封して接合部を観察し、チップや接合界面に割れの発生が無い場合には「良」と、割れが発生した場合には「不良」と評価した。上記測定、評価の結果を表１に示す。
【００２３】
表１より、実施例のＺｎ合金は適当な融点を有し、濡れ性や加工性にも問題がないので、電子部品や機械部品の組立において高温はんだ付け用に好適であることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、従来のＰｂ系はんだ合金を代替できる高温はんだ付用Ｚｎ合金を提供することができる。

Claims (6)

  1. Ａｌを１〜９質量％含み、Ｇｅを０．０５〜１質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温はんだ付用Ｚｎ合金。
  2. Ａｌを５質量％以上９質量％以下含み、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温はんだ付用Ｚｎ合金。
  3. Ａｌを１〜９質量％含み、Ｇｅを０．０５〜１質量％含み、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温はんだ付用Ｚｎ合金。
  4. Ａｌを１〜９質量％含み、Ｇｅを０．０５〜１質量％含み、更にＳｎまたは／およびＩｎを０．１〜２５質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温はんだ付用Ｚｎ合金。
  5. Ａｌを１〜９質量％含み、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％含み、更にＩｎまたはＩｎおよびＳｎを０．１〜２５質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温はんだ付用Ｚｎ合金。
  6. Ａｌを１〜９質量％含み、Ｇｅを０．０５〜１質量％含み、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％含み、更にＳｎまたは／およびＩｎを０．１〜２５質量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温はんだ付用Ｚｎ合金。
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